Гидротехнические мелиорации

141

ОБЪЕМ ВОДЫ В ПРУДУ

14 И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ РАСЧЕТ ПРУДА

14.1. Расчет наполнения пруда водой

Для расчета наполнения пруда водой следует вычислить приток воды с водосборной площади по формуле

где Wc − объем весеннего стока, м3; F − водосборная площадь, га; Н − мощность снега, м; δ − плотность снега, т/м3; σ − коэффициент стока.

Пример 1. Рассчитать объем наполнения пруда талой водой с водосборной площади.

Произведем расчет при следующих данных: водосборная площадь F = 80 га; мощность снега Н = 70 см; плотность снега = 0,25; коэффициент стока = 0,60.

Суммарный сток весной с водосборной площади

Wс = 10000 · 80 · 0,70 · 0,25 · 0,60 = 84000 м3.

Пример 2. Рассчитать объем наполнения пруда на постоянных водотоках.

Если пруд устраивают на постоянных водотоках с постоянным притоком воды (река, ручей и др.), то приток воды в пруд вычисляют по формуле

142

где q − среднегодовой модуль стока, л/(с·га); F − площадь водосбора, га.

Произведем расчет при следующих данных q = 0,10 л/(с . га),

F = 80 га:

W с = 31536 · 0,10 · 80 = 252288 м3.

14.2. Водохозяйственный расчет пруда

Объем воды в пруду следует вычислять по горизонталям.

Для этого определяют на плане балки площади, ограниченные каждой горизонталью и линией уреза воды на плотине.

Далее рассчитывают объем слоя воды между каждой парой соседних горизонталей по формуле

где V20 –21 − объем слоя воды между горизонталями (20 и 21 м), м3; f20 и f21 − площади, ограниченные этими горизонталями;

h − высота сечения (превышение одной горизонтали над другой). Суммируя объемы всех этих слоев, получают общий объем воды

в пруду.

Площади, ограниченные горизонталями, можно вычислять планиметром, палеткой, разбивкой на ряд элементарных фигур.

Пример вычисления приведен в табл. 43.

143

Окончание табл. 43

Указанным выше способом необходимо вычислять и объем слоя воды, который запроектирован для орошения.

Объем воды, который приходится на 1 м3 плотины, вычисляют путем деления объема воды в пруду при НПГ на объем плотины.

144

15

ВОДОСБРОСНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ПРИ ПЛОТИНАХ

15.1. Гидравлический расчет водосброса

Для сброса излишков воды из пруда устраивают водосбросные сооружения (канал, водослив, водоспуск).

Водослив обеспечивает автоматический сброс воды уровне, превышающем нормальный. Чаще всего он представляет собой канал, расположенный в стороне от плотины. Каналы и водосливы устраивают в коренном берегу балки в обход плотины на расстоянии от нее не менее 10 - 15 м (см. рис. 10), входные части их (верховье) располагают не ближе 30 - 40 м от плотины. Канал у пруда (вход) и внизу у дна балки устраивают с некоторым расширением, чтобы вода протекала тонким слоем, а следовательно, с меньшей скоростью. При больших скоростях воды дно и откосы канала укрепляют.

Сбросной канал, а также водослив проектируют на противоположной стороне от орошаемой площади.

Водоспуск в отличие от канала и водослива устраивают в теле плотины, через него можно спустить почти всю воду из пруда. Водоспуск – прорезь в теле плотины, перекрытая щитами. Щиты служат для спуска воды до любого уровня, а в случае необходимости и всей воды из пруда. На небольших прудах водосбросные сооружения устраивают в виде закрытых трубчатых водоспусков.

Ширину отверстия входной части водослива приближенно можно определить по формуле затопленного водослива с широким порогом:

145

где Q − максимальный расход воды, м3/с;

α − коэффициент; при закругленном входе α = 0,92; а − глубина воды на пороге водослива: а = 0,6… 1,0 м; g − ускорение силы тяжести: g = 9,81 м/с2;

Z − превышение уровня воды в водохранилище над входным от-

верстием: Z = 0,08…0,10 м.

Максимальный модуль стока весенних (талых) вод с 1 га можно

где а − среднемаксимальная интенсивность снеготаяния: а = 2…4 мм/ч; σ – коэффициент стока: σ = 0,5; α – коэффициент редукции, равный для площадей водосбора 100,

1000 и 10000 га соответственно 0,98; 0,81 и 0,49.

Пример. Определить ширину входной части водослива. Водосборная площадь F = 500 га.

qmax = 2,8 · 3 · 0,5 · 0,90 = 3,78 л/(с ∙га). Q = qF = 3,78 · 500 = 1890 л/с = 1,89 м 3/с.

Аналогичным способом можно определить и ширину водосливного канала.

15.2. Расчет трубчатого водоспуска

Вода выходит из трубы в канал или водоприемник. Часто место выхода несколько подтопляется.

Расход воды по трубе при подтопленном выходе определяется по формуле

где − коэффициент расхода: = 0,4…0,6; ω − площадь живого сечения трубы, м2;

z − разность отметок уровней верхнего и нижнего бьефов, определяющая напор Н.

Диаметр трубы при подтопленном отверстии на выходе определяется по формуле

где d – диаметр трубы, м;

ω – площадь сечения, м2.

Из формулы (39) определяется площадь сечения

где Q – расчетный расход, м3/с;

H – величина напора воды над трубой, м.

Пример. Определить диаметр водоспускной трубы при следующих условиях: расчетный расход Q = 0,8 м3/с, напор воды H = 3 м, длина трубы L = 30 м; = 0,52.

147

15.3. Определение расходов воды по водосливам

Водосливом называется сооружение, перегораживающее поток. В перегораживающем сооружении (стенке) может устраиваться вырез. Нижняя кромка выреза называется порогом водослива. Форма выреза может быть прямоугольной, трапецеидальной, треугольной и пр. (рис. 13).

а

Рис. 13. Характеристика параметров водосливов:

а – прямоугольный; б – трапецеидальный; в – треугольный (b – ширина порога; a – толщина порога; Н – величина напора)

Водосливы бывают с тонкой стенкой и с широким порогом. Толщина стенки величина относительная, определяемая по отношению напора Н к толщине порога а. У водослива с тонкой стенкой Н превышает а не менее чем в 2 - 3 раза. Водосливы с тонкими стенками можно при небольших расходах воды использовать в качестве водомерных сооружений. Расход воды рассчитывается по формулам:

прямоугольный водослив:

где Q – расход воды, м3/с;

148

b – ширина порога, м; Н – величина напора, м.

Водосливы с широким порогом используются в качестве водосбросных сооружений при плотинах. Расход воды через подобные водосливы рассчитывается по формуле

где m – коэффициент расхода водослива, зависящий от типа водослива и условий его работы;

b – ширина порога; Н – напор, м.

149

16

ПРОДОЛЬНЫЙ И ПОПЕРЕЧНЫЙ ПРОФИЛИ МАГИСТРАЛЬНОГО КАНАЛА

16.1. Продольный профиль магистрального канала

Для построения продольного профиля магистрального канала, начиная от источника орошения, разбивают пикеты через 50 - 100, иногда и более метров (рис. 14).

Рис. 14. Продольный профиль магистрального канала 1 – горизонт воды; 2 – дамба; 3 – дно канала; 4 – поверхность земли

150

Номера пикетов записывают в первую (верхнюю) графу профиля. По плану в горизонталях определяют отметки поверхности на каждом пикете. При самотечном орошении и выводе воды из пруда через трубу отметку нулевого пикета принимают равной отметке, на которой уложена труба в теле плотины (на уровне ГМО). В нашем примере она равна 22,00 м (см. рис. 14).

Магистральный канал проводят с заданным уклоном в среднем

0,0005 (в пределах 0,0002 - 0,0007).

Для вычисления отметки пикета 1, или плюсовой точки, заданный уклон умножают на расстояния между ними и полученную величину вычитают из отметки нулевого пикета. Положение точки пикета 1 на плане определяется интерполяцией.

Аналогично определяют отметки и точки остальных пикетов. Полученные точки на плане соединяют и получают ось канала.

Если горизонтали на плане извилисты, то канал следует спрямить в пределах уклона 0,0002 - 0,0007. Там, где горизонтали резко изменяют свое направление, делают поворот магистрального канала.

Уточненные отметки пикетов канала записывают в графу 3 (см. рис. 14), затем строят профиль поверхности земли по оси канала.

Далее проектируют дно канала. Дно канала углубляют в грунт на 0,2 - 0,3 м, линию дна канала показывают на профиле. При самотечном орошении расчетный горизонт воды в магистральном канале приходится принимать выше поверхности почвы на 0,2 м, поэтому по обе стороны канала устраивают дамбы.

Дамбы необходимы и при пересечении каналом тальвегов или иных понижений местности. Верх дамбы принимают выше расчетного горизонта воды на 0,2 - 0,3 м, линия дамб показывается на профиле.

Отметки дна канала и верха дамбы определяют по уклону дна. Высоту дамбы вычисляют как разность отметок верха дамбы и поверхности почвы, а глубину выемки − как разность отметок поверхности и дна канала (см. рис. 14).