Результаты всех вычислений для удобства группируем в таблицу 1.
Таблица 1 Определение емкости чаши пруда
Горизонталь |
Площадь зеркала, тыс. м2 |
Объём слоя, тыс. м3 |
Ёмкость чаши, тыс. м3 |
Средняя глубина (h ср), м |
Критерий Литоралли (Kl ) |
185 |
0 |
- |
0 |
0 |
0 |
12,3 |
|||||
186 |
18,4 |
12,3 |
0,668 |
1 |
|
24,9 |
|||||
187 |
31,4 |
37,2 |
1,185 |
0,414 |
|
37.6 |
|||||
188 |
43,8 |
75,8 |
1,730 |
0,283 |
|
52.2 |
|||||
189 |
60,6 |
128,0 |
2,112 |
0,383 |
|
66.3 |
|||||
190 |
72,0 |
194,3 |
2,699 |
0,158 |
|
90,3 |
|||||
191 |
108,6 |
284,6 |
2,621 |
0,337 |
|
123,3 |
|||||
192 |
138,0 |
407,9 |
2,956 |
0,213 |
|
166,6 |
|||||
193 |
192,3 |
574,5
|
2,988 |
0,282 |
|
204,6 |
|||||
194 |
216,0 |
779,1 |
3,607 |
0,109 |
|
245,9 |
|||||
195 |
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 (Wм.о.), полезного (Wпол) 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 Wр - рабочий объём, идущий на использование из пруда для нужд сельского хозяйства, на испарение и фильтрацию;
Wн - потери воды из пруда на испарение;
Wф – 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
Wф
(9)
Результаты расчетов сводим в таблицу.
Таблица 2 Водохозяйственные расчеты
Объем воды в пруду, тыс. мЗ |
Уровень |
Отметка, м |
Площадь водного зеркала, тыс. м2 |
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 hзап высоты плотины над НПУ рассчитывают по зависимости:
,
(10)
где h1 – кратковременное переполнение водоема во время весеннего половодья, (0,4-1 м);
h2 _- 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:
Нгр = НПУ + hзап (11)
Высота плотины :
Нпл= Нгр - Нд , (12)
где Нд –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)Нпл (13)
где m1 – коэффициент верхового откоса;
m2 – коэффициент низового откоса;
Нпл – 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, м2 |
Площадь средней трапеции, м2
|
Расстояние между сечениями l, м |
Объем тела плотины, м3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
