Проектирование пруда в сельскохозяйственном предприятии

Количество воды, которое  возможно использовать для орошения земель W_ор (м), определяется по формуле:

 

                          W_ор = W_НПУ – (W_УМО+ W_потерь + W_вод).                  (5)

 

W_ор=2447840- ( 160000+601375+244784)=1441681 м³

 

Предполагаемая площадь  орошаемых земель S_ор (га) устанавливается следующим образом:

 

                                                                          (6)

 

где М_бр – средневзвешенная оросительная норма брутто для сельскохозяйственных культур в севообороте с учетом потерь воды в каналах, трубопроводах, м³/га.

 

                              ,                                    (7)

 

где М_нетто – средневзвешенная оросительная норма нетто для сельскохозяйственных культур в севообороте, подаваемая на орошаемые поля без учета потерь, м³/га.

Эта величина зависит от типа, вида севооборотов и степени  засушливости зоны, микрозоны. Для условий  лесостепи – 1500–1800 м³/га, черноземной степи –1800–2000 м³/га, сухой каштановой степи – 2200–2500 м³/га и полупустыни – 2500–2800 м³/га; – коэффициент полезного действия оросительной системы. Принимается при орошении поверхностым способом на открытой оросительной системе 0,6–0,7 и при дождевании на закрытой оросительной системе 0,8–0,9.

М_бр= 1850/0,7=2642,86 м³/га

S_ор= 1441681/2642,86=545,5 га

Результаты водохозяйственных  расчетов записываются в сводную  ведомость (табл. 8).

 

 

Таблица 8

 

 

Сводная ведомость  водохозяйственных расчетов при  проектировании пруда в СПК «Краснянское» Марксовского района

 

Характерные объемы пруда		Уровень воды, м	Площадь водного зеркала, га
наименование	величина, тыс. м3
Мертвый	160	УМО = 138,5	16,00
Полный	2447,84	НПУ = 144	54,75
Рабочий	2287,84	НПУ…УМО = 144…138,5	–
Потери	601,37	–	–
Полезный	244,78	–	–
Сливная призма	593,8	ФПУ…НПУ=145..144	–

 

4. Технико-экономические показатели при проектировании пруда

4.1.Расчет и проектирование плотины

При правильном выборе типа плотины, высоком качестве производства работ по ее устройству и соответствующей  эксплуатации срок службы земляной плотины  очень длительный.

При проектировании плотины  решаются следующие задачи:

1. Выбор типа плотины;

2. Определение отметки  гребня и высоты плотины;

3. Определение размеров  и типа крепления гребня;

4. установление величины  заложения откосов и типов  их крепления;

5. Установление поперечных  размеров плотины для предупреждения  фильтрации воды через нее;

6. Подготовка схем поперечного  и продольного профилей плотины  и ее плана;

7. Определение объема  земляных работ и экономических  затрат.

При строительстве простейшей грунтовой плотины используют форму  трапецеидального поперечного сечения  и возводят ее по указанному створу в балке. Применяют однородные грунты из плотных суглинков, а в плотинах из супесчаного грунта предусматривают  устройство маловодопроницаемого глинистого ядра. При насыпке тела плотины  используют грунт, изымаемый при  устройстве водосборного канала. Для  лучшего сопряжения тела плотины  с основанием на глубине до 2–3 м  и шириной 2,5–5 м по длине оси  плотины строят замок, используя  глину. Заглубление замка в водоупорный  слой должно быть не менее 0,5 м. При отсыпке  тела плотины по всей ее длине и  ширине сначала срезают верхний  плодородный растительный слой толщиной 0,3 м.

Для промывки наносов, опорожнения  водохранилища и использования  воды для водоснабжения и орошения самотечным способом по тальвегу на материковом  грунте располагают трубчатый водовыпуск диаметром 0,3–1,0 м.

Высота (гребень) плотины (Н_пл) вычисляется по формуле:

 

                             Н_пл = + d,                                      (8)

 

где – глубина слоя воды перед плотиной при формированном подпорном уровне, м; d – величина, учитывающая высоту набегающей волны, ее накат по откосу и некоторый конструктивный запас, м.

Н_пл= 8,5+1,5=10 м

При длине разгона волны  от противоположного берега, начала пруда  до оси плотины 2 км превышение гребня плотины над ФПУ принимается  равным 0,6 м, а конструктивный запас 0,3–0,4 м. При длине разгона волны  до 6 км эти показатели соответственно составляют 1 и 0,5 м.

Строительная высота плотины  с учетом ее последующей осадки принимается  на 5–10 % более проектной.

Ширина гребня плотины  зависит от ее высоты и категории  дороги, проходящей по гребню, при высоте плотины 6–10 м и 5-й категории дороги ширина гребня принимается равной 8 м с шириной проезжей части  дороги 4,5 м. При высоте плотины более 10 м и 4-й категории дороги ширина по гребню достигает 10 м, а ширина проезжей части дороги 6,0 м.

4.2.Проектирование поперечного профиля плотины

Заложение откосов плотины  зависит от ее высоты и типа грунтов. Верховой, или мокрый, откос (m₁), который находится со стороны пруда, постоянно находится под действием воды, волнобоя. Низовой, или сухой, откос (m₂) находится с противоположной стороны. Поэтому верховой откос устраивают чуть положе, чем низовой, и во избежание оползновения и подмыва его укрепляют каменной отмосткой, бетонными плитами и древесной растительностью. Низовой откос крепится дерном или засевается многолетними травами

 

Установив проектную высоту плотины и определив коэффициенты заложения откосов, можно определить ширину плотины в основании, используя  следующую формулу:

 

                                   В = в+(m₁+ m₂)·Н_пл,                              (9)

 

где В – ширина плотины в основании, м; в – ширина плотины по гребню, м; m₁ – коэффициент заложения верхового откоса(2,5); m₂ – коэффициент заложения низового откоса(2,25); Н_пл – проектная высота плотины, м.

В= 10+(2,5+2,25)*10= 57,5

По показателям расчетов вычерчивается поперечный профиль  плотины (рис. 1). Поперечное сечение может быть проверено путем построения фильтрационной кривой, то есть кривой депрессии. Она представляет собой верхнюю границу фильтрационного тока воды, проходящего через тело плотины. При этом необходимо, чтобы фильтрационная кривая, проводимая от точки пересечения НПУ с верховым откосом, не выходила на низовой откос, а пересекала основание плотины на расстоянии не менее 4,0 м от подошвы низового откоса. В условиях меньших показателей увеличивают заложение низового откоса путем устройства дренажной призмы из гравия, мелкого камня, щебня или земляной бермы или банкета (насыпи) из растительного грунта. Фильтрационная кривая строится в виде прямой линии со следующим уклоном для легких суглинистых грунтов 1:4, средних – 1:3,5 и тяжелых – 1:3.

4.3. Проектирование продольного профиля плотины

Продольный профиль плотины  строится в следующем масштабе: вертикальный – 1:100–200; горизонтальный – 1:1000–2000 (рис. 2). При построении используется план балки в месте устройства плотины.

Построение чертежа начинается с вычерчивания вертикальной шкалы  отметок, охватывающих диапазон от 1–2 метров ниже дна замковой траншеи  в ее наинизшей точке и до 1–2 метров выше гребня плотины.

Вначале строят вертикальную шкалу отметок, а затем по горизонтали  переносится ось плотины с  указанием расстояния между горизонталями  местности с учетом масштаба плана  пруда. Выписывается высота плотины. Далее  по вертикали откладываются отметки  точек местности. Соединив эти точки, получают продольный профиль плотины  в виде ломаной линии.

План плотины вычерчивается  после выполнения продольного профиля  по оси плотины с соблюдением  ранее принятого горизонтального  масштаба. Вертикальный масштаб принимается 1:500. Сначала проводится осевая линия  с соответствующей шириной гребня плотины, а затем на нее проектируются  все характерные точки продольного  профиля. Вверх от гребня откладываются  заложения верхового откоса соответственно высоте плотины и каждой горизонтали, а вниз – низового откоса. Соединяя концевые точки, получают план плотины (рис. 3).

 

4.4. Расчет водосбросного канала

В годы с высокой вероятностью превышения стока уровень воды в  пруду, водохранилище повышается сверх  НПУ и происходит сброс воды за пределы водоема. Поэтому для  пропуска весенних паводков сбоку не ближе 15 м от плотины для предупреждения ее от размыва устраивается водосбросное сооружение в виде трапецеидального канала или водослива практического  профиля.

Сначала определяется максимальный расход воды (м³/с) весеннего снеготаяния 1 % или 5 % вероятности превышения стока по формуле:

 

                                           Q_5% = gF,                                        (10)

где g – модуль весеннего стока, м³/(с.км²); F – площадь водосброса, км².

Модуль весеннего стока  определяется по формуле:

 

                                           ,                                     (11)

 

где К₀ – параметр, характеризующий интенсивность весеннего снеготаяния. Для Саратовской области может быть принят равным 0,017; h_р – слой весеннего стока данной вероятности превышения, мм; б₁– коэффициент, учитывающий снижение стока за счет озер, который в Саратовской области принимают 1; б₂ – коэффициент, учитывающий снижение стока за счет леса и болот, который в Саратовской области принимается для Заволжья 1 и для Правобережья 0,88; n – параметр редукции для зоны засушливой степи 0,35 и для лесостепной зоны 0,25.

 

g = 0,017*59*1*1/(611+1)^0,35= 0,1003/9,45= 0,01 м³/с км²

Q_5%= 0,01*611 = 6,11 м³/с

Расчетный расход водосброса (м³/с) находят по формуле

 

                                              Q_в = КQ_5%,                                     (12)

 

где К – понижающий коэффициент в связи с регулирующим влиянием пруда, водохранилища;

 

                                                                        (13)

 

где W_СП – объем воды сливной призмы, м³; W_раб – рабочий объем воды пруда, м³; W_5% – объем весеннего стока 5 % ежегодной вероятности превышения, м³.

К= 1 – (593800+2287840)/36049000= 1-0,08= 0,92

Q_в = 0,92*6,11= 5,62 м³/с

При устройстве автоматического  водосброса около плотины в виде водослива практического профиля  ширину водослива (м³/с) рассчитывают по формуле:

 

                                    Q_в = mв ,                                 (14)

 

где m – коэффициент расхода для водосливов практического профиля (m = 0,42); Q – расчетный расход водосброса, м³/с; в – ширина водослива, м; 2 – коэффициент; g – ускорение свободного падения (9,81 м/с²); Н – высота сливной призмы, м.

Из этой формулы находим  ширину водослива

 

                                             В=  м.

В= 5,62/4,43=1,27 м

 

4.5. Расчет объема земляных работ

Объем земляных работ подсчитывается после построения продольного профиля  и плана плотины. К суммарному их объему относятся:

1. Снятие растительного  грунта на глубину 0,3 м по  всей площади тела плотины.  При этом объем земляных работ  (м³) вычисляется по формуле:

 

                                      W_cр = h_срL                                       (15)

 

где W_cр – объем земляных работ при срезке, м³; h_ср – глубина срезки (0,3 м); L – длина плотины по гребню, м; n – число сечений (горизонталей по длине плотины); В – ширина основания плотины по каждой горизонтали, м.

Согласно показателям  рассматриваемой плотины находим:

W_ср= 0,3*600*5,75=1035 м³

 

2. Объем земляных работ  по устройству замка (м³) рассчитывается по формуле:

 

                                      W_зам = _замL_зам,                                   (16)

 

где W_зам – объем земляных работ, м³; _зам – площадь поперечного сечения замка, м²; L_зам – длина замка, м.

Площадь поперечного сечения  замка (м²) определяется по формуле:

 

                                      _зам = (в + mh_зам)·h_зам,                              (17)

 

где в – ширина замковой траншеи по дну (2,5 м); m – коэффициент заложения откосов замковой траншеи (1:0,6); h_зам – глубина замковой траншеи (2,5 м).

_зам = (2,5+0,6·2,5)·2,5 = 7,75 м²;

W_зам = _замL_зам = 7,75·600 = 4650 м³.

 

3. Насыпка тела плотины  с послойным уплотнением грунта. Объем земляных работ (м³) можно подсчитать по упрощенной формуле:

 

                               W_пл = 0,2НL_пл·(в + В),                              (18)

 

где W_пл – объем земляных работ тела плотины, м³; Н – наибольшая высота плотины, м; L_пл – длина плотины по гребню, м; в – ширина гребня плотины, м; В – наибольшая ширина основания плотины, м.