1.1. Выбор места створа плотины

При проектировании водохранилищ и прудов на местном стоке большое значение имеет правильно выбранное место под водохрани­лище, так как оно во многом определяет надежность работы всей оросительной системы.

Перед проектированием водоема производится ряд изысканий на местности. Эти изыскания включают: выбор места створа плотины и получение гидрогеологических характеристик ложа будущего водоема (Рис. 1).

Створ плотины выбирается с учетом следующих требований:

1. Плотина должна быть расположена по возможности ближе к потребителю.

2. Плотина должна располагаться в самом узком месте балки, что обеспечит минимум земляных работ.

3. Продольный уклон дна балки в месте устройства пруда не должен превышать 0.005.

4. Грунты в основании и ложе водохранилища должны быть слабо­водопроницаемыми.

5. Высота плотин сельскохозяйственных прудов не должна превы­шать 15 м.

6. Вода должна быть пригодной для орошения, её количество долж­но полностью удовлетворять потребность.

Рис. 1 Карта водосборной площади М 1:50000

Сечение рельефа – 5 метров

- Зона затопления

Площадь водосбора = 29,5 км²

Место для водоема можно считать пригодным, если ложе и склоны балки сложены водоупорными породами (глинами, суглинками) с коэффициентом фильтрации К_ф = 0.01 м/сутки. Мощность залегания данных пород должна быть не менее 3-4 м.

Если полевые исследования фильтрационных свойств грунта не про- водились, слой фильтрационных потерь принимается равным:

- для водопроницаемых пород (песок, супесь) - 1...2 м/год и более;

- для суглинков – 0.5 ... 1.0 м/год (2...3 мм/сутки);

- для глинистых грунтов – 0.5 м/год (1...2 мм/сутки).

На основании гидрогеологических изысканий делается заключение о пригодности выбранной балки для устройства на нем водохранилища.

1.2. Расчет притока воды в пруд

Рассчитать ожидаемый приток воды в пруд от весеннего сне­готаяния можно по формуле:

W = 1000 ·h_с ·F₁, м^³ ;

где h_с - слой весеннего стока при 85%-ной обеспеченности, мм;

F - площадь водосбора, км².

Слой весеннего стока h_с определяется:

h_с = ·К_р, мм ;

где - норма весеннего стока;

К_р - модульный коэффициент.

Норма весеннего стока () берется по карте изолиний нор­мы стока для своего района (приложение 1). Если < 50 мм, вводится поправочный коэффициент, который выбирается по графику (приложение 2 или 3) в зависимости от величины водосборной пло­щади и нормы весеннего стока.

Например: для Сергиевского района = 50 мм. Это величина равна 50 мм, следовательно поправка будет равна 1,0.

= 50 · 1.0 = 50 мм

Модульный коэффициент К_р изменяется в зависимос­ти от коэффициента вариации С_V, и расчетной обеспеченности, на которую рассчитывается пруд (для сельскохозяйственных прудов Р = 85%).

Коэффициент вариации весеннего стока показывает размах ко­лебаний значений годового стока относительно нормы стока. Зна­чения его колеблются в зависимости от климатической зоны, степе­ни обводнения территории и т.п. Для водосборов, площадь которых меньше 100 км² , как в нашем случае, полученное по карте значение С_V умножается на 1.25 для учета местных условий.

В нашем примере: С_V = 0.5, что с учетом местных условий составит:

С_V = 0.5 · 1.25 = 0.6 (С_V определяется с точностью до 0.1).

В нашем примере коэффициенту вариации С„ = 0,6 соответству­ет модульный коэффициент К_р = 1

Слой весеннего стока для 85%-ной обеспеченности:

h_с = · К_р = 50 ·0,6 = 30 мм

Объем весеннего стока:

W = 1000 · h_с · F₁ = 1000 · 30 · 29,5 км² =885000 м³

Именно на этот объем (885000 м³) необходимо рассчитать пруд. Все расчеты сводим в таблицу 1.

Таблица 1.

Расчет притока воды в пруд (район Сергиевский)

Показатели	Ед. измерения	Расчетные величины
1. Площадь водосбора (F1)	км2	29,5 км2
2. Норма весеннего стока ()	мм	55 мм
3. Поправочный коэффициент весеннего стока	-	1
4. Коэффициент вариации (СV)	-	0.5
5. Расчетная обеспечен­ность (Р )	%	85%
6. Коэффициент вариации с учетом поправки на местные условия 7. Модульный коэффициент (Кр) 8. Слой весеннего стока (hс) 9. Объем весеннего стока	- - мм м3	0.6 1 30 885 тыс.

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	0 1025090 1745833 2764583 4219583 5363750 6450833 8271875 10100000 13728123 15225000 18138500	512545 1385461 3128262 3492083 4791666 5907291 7361354 9185937 11914062 14476562 16681750	0.6 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0	307527 1385461 3128262 3492083 4791666 5907291 7361354 9185937 11914062 14476562 16681750	0 307.5 1692.9 4821.2 8313.3 13104.9 19012.2 26373.6 35559.5 47473.6 61950.20 78631.9

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....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 3302 тыс. м³, и площадь водного зеркала F_УМО = 1976 тыс. м².

Отметка нормального подпорного уровня − это отметка, до ко­торой поднимается вода в пруду при его расчетном наполнении. В нашем примере расчетное наполнение – 87120 тыс. м³. Такому наполнению соответствует отметка 109.6 м на графике, по которой площадь водного зеркала составит:

F_НПУ = 16692 тыс. м²

Форсированный подпорный уровень для сельскохозяйственных прудов выбирается на 1 метр выше Н_НПУ. Таким образом, Н_ФПУ = 110.6 м.

Такой отметке на графике соответствует W_ФПУ = 84000 тыс. м³ и площадь водного зеркала F_ФПУ = 19750 тыс. м².

В нашем примере рабочий объем пруда:

W_раб. = W_полн. – W_УМО = W_НПУ – W_УМО = 70725 тыс. м³ – 2475 тыс. м³ = 68250 тыс. 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 = 0.0018 ·(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. = тыс. м³ в год.

Общий объем потерь:

W_потерь = W_ф + W_исп. = 4530,5+ 4084,4 = 8614,9 м³

Полезный объем пруда:

W_{полезн.} = W_раб. – W_потерь = 83818 – 8614,9 =75203,1 м³

Таким образом, из пруда для орошения и прочих хозяйственных нужд можно взять 75203,1 м³ воды в год.