Проектирование пруда в сельскохозяйственном предприятии

 

Таблица 5

Расчет упущенной выгоды при изъятии земель сельскохозяйственного  назначения

Показатели	Единицы	Значения
Вид угодий		пастбища
Площадь изъятия	га	61100
Урожайности	ц /га	110
Валовой сбор с данной площади	ц	160
Стоимость продукции	руб.	80
Упущенная выгода	тыс. руб.	4888

 

 

3. Водохозяйственные расчеты при проектировании пруда

3.1. Задание и требование при проектировании пруда

Необходимо произвести гидрологические  расчеты для определения объема стока талых вод с водосборной  площади. А также рассчитать объем  воды и характерные уровни пруда  для создания топографических кривых. На основании данных расчетов проектируется  плотина в трех проекциях.

Проектирование пруда  проводится с хозяйственно-эконо-мической целесообразностью рационального использования водных и земельных ресурсов территории хозяйства с учетом топографических, геологических, гидрологических и гидрогеологических условий местности, а также санитарных и природоохранных требований.

При этом используются следующие  показатели:

1. Назначение пруда: для  орошения сельскохозяйственных  культур на площади 200–600 га  с расчетным объемом воды; водоснабжения  поселка и отрасли животноводства, рыборазведения или разведения  водоплавающей птицы;

2. План балки для устройства  пруда и плотины и прилегающей  к ней территории для орошения  в масштабе 1:2000 или 1:5000 с сечением  горизонталей 0,5–1 м;

3. План водосборной площади  балки, пруда в масштабе 1:25000 или  1:50000;

4. Среднемноголетняя величина  поверхностного местного стока  с расчетной 75 % вероятностью превышения  стока, а при хорошей изученности  территории этот показатель снижается  до 50 %. Это значит, что 75 или 50 лет  из 100 сток талых вод равен расчетному  значению или больше его и  обеспечит полное заполнение  пруда водой;

5. Глубина русла балки  под пруд должна быть от 6 до 12 м, так как при меньшей  величине происходят быстрое  заиливание, прогревание воды солнечными  лучами и зарастание болотной  растительностью;

6. Продольный уклон для  балки для устройства пруда  должен быть в пределах 0,005–0,006;

7. Дно и откосы балки  должны быть сложены маловодопроницаемыми  глинистыми, тяжелосуглинистыми или  суглинистыми грунтами;

8. Створ плотины располагается  в наиболее узком месте балки  перпендикулярно к горизонталям (берегам), что обеспечит наименьший  объем земляных работ при строительстве  плотины;

9. Створ плотины должен  быть чуть ниже выхода при  наличии родников в целях предупреждения  размыва тела плотины;

10. Обеспечение максимальной  емкости пруда при наименьшем  зеркале воды и минимальных  показателях земляных работ и  экономических затратах на 1 м³ воды. Считается экономически эффективным, если на 1 м³ земляных работ по устройству плотины приходится более 15–20 м³воды;

11. При размещении пруда  на местности необходимо предусмотреть  избежание загрязнения воды от  ближайших животноводческих ферм, комплексов хранилищ минеральных  удобрений, пестицидов, а также  подтопления, в связи с поднятием  уровня грунтовых вод, населенных  пунктов.

 

3.2. Гидрологические расчеты

Водосборная площадь –  эта часть территории, поверхностный  местный сток с которой поступает  в проектируемый водоем выше створа плотины. Она ограничивается водораздельной линией от оси плотины, намеченной на плане под прямым углом к горизонталям. Эта линия представляет собой  водораздел, а внутри нее и заключается  водосборная площадь, которую определяют, используя дигитайзер, планиметр  или геометрическим методом, выражая  в квадратных километрах .

Гидрологическим расчетом определяют объем стока талых вод с  водосборной площади пруда. Учитывая среднемноголетнюю норму весеннего  стока для рассматриваемого района области , а также коэффициент изменчивости (вариации) этой величины (для Правобережья 0,6–0,7; северной левобережной микрозоны области 0,7; центральной левобережной 0,8 и юго-восточной микрозоны 0,9) и модульный коэффициент при определенном коэффициенте вариации весеннего стока , рассчитывают слой весеннего стока и объем весеннего стока данной вероятности превышения (табл. 6).

 

Таблица 6

 

Величина и объем  весеннего стока, поступающего в  пруд при его

водосборной площади 611 км², на территории Озинского района

 

Вероятность превышения Р, %	Модульный коэффициент Кр при Сv = 0,8	Слой весеннего стока  данной вероятности превышения hp, мм	Объем весеннего стока  данной вероятности превышения Wp, тыс. м3
0,1	4,57	114,25	69806,75
0,5	3,68	92	56212
1	3,29	82,25	50254,75
3	2,66	66,5	40631,5
5	2,36	59	36049
10	1,94	48,5	29633,5
25	1,34	33,5	20468,5
50	0,84	21	12831
75	0,48	12	7332
80	0,42	10,5	6415,5
90	0,27	6,75	4124,25
95	0,18	4,5	2749,5
99	0,08	2	1222

 

Объем воды, поступающей  в пруд с водосборной площади, при расчетной вероятности превышения слоя весеннего стока рассчитывается по формуле:

                       W = 1000Fhp;                                     (1)

 

где W – объем воды, м³; 1000 – коэффициент перевода; F – площадь водосбора, км²; hp – слой весеннего стока данной вероятности превышения, мм.

Слой весеннего стока  на территории рассматриваемого хозяйства в Марксовском районе исходя из среднемноголетней его величины 42,5 мм при вероятности превышения (обеспеченности стока) составят:

при hp 0,1 % = Крh_ср =4,57*25=114,25

при hp 0,5 % = Крh_ср =3,68*25=92

при hp 1 % = Крh_ср =3,29*25=82,25

при hp 3 % = Крh_ср = 2,66*25=66,5

при hp 5 % = Крh_ср =2,36*25=59

при hp 10 % = Крh_ср = 1,94*25=48,5

при hp 25 % = Крh_ср =1,34*25=33,5

при hp 50 % = Крh_ср = 0,84*25=21

при hp 75 % = Крh_ср =0,48*25=12

при hp 80 % = Крh_ср = 0,42*25=10,5

при hp 90 % = Крh_ср =0,27*25=6,75

при hp 95 % = Крh_ср = 0,18*25=4,5

при hp 99 % = Крh_ср = 0,08*25=2

 

Определяем объем стока  с водосборной площади 611 км²:

Wp 0,1 % = 1000*611*114,25=69806,75 тыс м³

Wp 0,5 % = 1000*611*92=56212 тыс м³

Wp 1 % = 1000*611*82,25=50254,75 тыс м³

Wp 3 % = 1000*611*66,5=40631,5 тыс м³

Wp 5 % = 1000*611*59=36049 тыс м³

Wp 10 % = 1000*611*48,5=29633,5 тыс м³

Wp 25 % = 1000*611*33,5=20468,5 тыс м³

Wp 50 % = 1000*611*21=12831 тыс м³

Wp 75 % = 1000*611*12=7332 тыс м³

Wp 80 % = 1000*611*10,5=6415,5 тыс м³

Wp 90 % = 1000*611*6,75=4124,25 тыс м³

Wp 95 % = 1000*611*4,5=2749,5 тыс м³

Wp 99 % = 1000*611*2=1222 тыс м³

 

3.3. Водохозяйственные расчеты

 

Проведением водохозяйственных  расчетов устанавливают характерные  уровни и объемы воды при проектировании пруда.

Уровень мертвого объема (УМО) представляет неиспользуемый объем  воды в пруду и служит для отложения  наносов в течение 30–50 лет и  зимовки рыбы. Глубина мертвого объема воды принимается не менее 2–3 м по сравнению с отметкой дна и  пруда у плотины.

Нормальный подпорный  уровень (НПУ) – это уровень воды при полном нормальном заполнении пруда, располагающийся на отметке нижней части сливной призмы. Высота сливной  призмы, то есть расчетного слоя воды, допускаемого выше отметки НПУ –  это уровень воды при полном нормальном заполнении пруда, располагающийся  на отметке нижней части сливной  призмы. Высота сливной призмы, то есть расчетного слоя воды, допускаемого выше отметки НПУ для сброса воды при  половодье, равна 1–1,5 м.

Форсированный (максимальный) подпорный уровень воды (ФПУ) –  это уровень, который наблюдается  во время пропуска расчетного половодья  или паводка через пруд. Его  отметка располагается с учетом набегающей волны на 1 м ниже гребня плотины, на уровне высоты сливной призмы, то есть на 1–1,5 м выше нормального подпорного уровня.

При топографической характеристике пруда, водохранилища проводится графическое  изображение площадей водного зеркала  пруда S = f(Н) и объемов воды W = f(Н) в зависимости от наполнения пруда от нижней горизонтали до горизонтали, соответствующей нормальному подпорному уровню. Для этого на плане пруда определяют площадь, ограниченную горизонталями и створом плотины. Установление топографических кривых пруда дает возможность как для проведения гидрологических расчетов, так и для использования в последующей эксплуатации пруда, так как по глубине воды можно определить объем воды в пруду и площадь водного зеркала (табл. 7).

 

Таблица 7

 

 

Расчеты к построению топографических кривых пруда, водохранилища

 

Отметки горизонталей	Глубина воды у плотины (Н), м	Площадь водного зеркала, га		Разность отметок между  горизонталями, м	Приращение объема  воды, тыс. м3	Объем воды до данной горизонтали  тыс. м3
		по горизонтали	средняя между горизонталями
136,5	0	0	6,88	0,5	3,44	0
137	0,5	13,75	14,38	1,0	143,8	3,44
138	1,5	15,00	16,00	1,0	160,0	147,24
139	2,5	17,00	19,88	1,0	198,8	307,24
140	3,5	22,75	24,50	1,0	245,5	506,04
141	4,5	26,25	31,75	1,0	317,5	751,54
142	5,5	37,25	40,13	1,0	401,3	1069,04
143	6,5	43,00	97,75	1,0	977,5	1470,34
144	7,5	54,75	59,38	1,0	593,8	2447,84
145	8,5	64,00	62,00	1,0	620,0	3041,64
146	9,5	60,00	62,00	1,0	620,0	3661,64

 

Используя эти расчеты, на графике вычерчивают топографические  кривые пруда, водохранилища. Для этого  по оси ординат откладывают отметки  горизонталей, а по оси абсцисс  – площади водного зеркала  для определения кривой площади  водоема в зависимости от глубины  его наполнения S = f(Н). Построение второй топографической кривой зависимости объема воды от глубины пруда, водохранилища проводится аналогичным образом (рис.5).

Следовательно, согласно построенным  топографическим кривым уровню мертвого объема (УМО) воды в пруду соответствует  отметка горизонтали 138,5 с глубиной воды у плотины 2 м. При этом площадь водного зеркала составляет 16 га с объемом воды 160 тыс. м³. Форсированный (максимальный) подпорный уровень (ФПУ) воды размещается на 1 м ниже гребня плотины, то есть на отметке горизонтали 145 с площадью водного зеркала 62,0 га и объемом воды 3041,64 тыс. м³.

Нормальный подпорный  уровень, то есть полный расчетный объем  пруда, размещается на 1 м ниже МПУ, то есть на отметке горизонтали 144, что соответствует образованию площади зеркала водоема 54,75 га с объемом воды 2447,84 тыс. м³.

При расчете различных  статей расхода воды учитывается, что  полный расчетный объем пруда  слагается из: 1 – полезного объема воды (W_полезн) для орошения и водоснабжения; 2 – мертвого объема воды (W_УМО); 3 – объема потерь воды на испарение и фильтрацию (W_потерь):

 

                            W_НПУ= W_полезн + W_УМО+ W_потерь.                     (2)

 

При строительстве пруда  для орошения земель расход на водоснабжение  поселка и животноводческого  комплекса (W_вод) ориентировочно принимается равным 10 процентам от полного расчетного объема пруда (W_НПУ).

Потери воды на испарение  и фильтрацию, м, определяют по формуле:

 

                          W_{(потерь)} = (h_фильт + h_исп)·S_ср,                           (3)

 

где h_фильт – слой потерь воды на фильтрацию за год, м. Эта величина зависит от водопроницаемости почвогрунтов: для глинистых и тяжелосуглинистых почв 0,5 и 0,7 м, для среднесуглинистых – 1,0 м и для песчаных и супесчаных почв 1,5–2,0 м; h_исп – слой потерь воды на испарение, м. Эта величина принимается равной испаряемости по данной зоне и микрозоне (прил. 4). Для лесостепи 0,6–0,7 м, черноземной степи 0,7–0,8 м; сухой каштановой степи 0,8–0,9 и полупустыни 0,9–1,0 м.

Средняя площадь водного  зеркала пруда (S_ср) определяется по формуле:

 

                                    .                                   (4)

 

S_ср= 54,75+16,00/2=35,375 га=353750 м²

W_потерь= 1,7*353750=601375 м³

W _вод= 2447840*0,1=244784 м³