Проектирование водохранилища

 

Таким образом, общий объём пруда W_общее,м³, может быть определен так:

 

W_общее=W_полез+ W_ГМО+W_исп+W_фильтр                               (6)

 

где: W_полез- полезный объём пруда, м³

       W_ГМО- мертвый объём пруда, м³

        W_исп- объём испарения, м³

        W_фильтр- объём фильтрации, м³

1. Определение мертвого объёма.

 

Мертвый объём  состоит из объёма наносов, которые  накапливаются в пруде за период между чистками пруда и объёма воды составляющего слою 1,5…2,0м.

Объём наносов  W_{наносов},м³ определяем по формуле:

 

W_{наносов}=                                                     (7)

 

 

где: μ- мутность воды, притекаемой в водоём (количество килограмм наносов, содержащихся в  каждом кубическом метре воды)

        t- период между чистками пруда 10 лет

        J- объёмный масса наносов 1.5 т/м³

       1000- переводной коэффициент из  кг в тонны м³

 

W_{наносов}= =3792,6 м³

 

Полученный  по формуле объём наносов откладываем  на шкале объёмов интегральной кривой и проводим линию до пересечения  с кривой объёмов. От точки пересечения  проводим горизонтальную линию на шкале  отметок, на которой находим глубину  возможного заиления пруда за t лет. H_{наносов}=35,4м.

К отметке  наносов добавляем 1,5…2,0м и получаем отметку мертвого объёма пруда. H_ГМО=36,9м. Зная отметку мертвого объёма пруда, пользуясь интегральной кривой объёма пруда, определяем мертвый объём (W_ГМО=134000м³).

2.   Определение объёма испарения и объема фильтрации.

 

Для определения  объёма испаряющейся воды необходимо знать слой испаряющейся воды и площадь, с которой происходит испарение. Тогда объём испарения W_исп,м³, будет равен:

 

W_исп =F_исп ·h_исп                                                                                (8)

 

 

где: F_исп- площадь испарения, м²

        h_исп- слой испарения, м

 

Слой испарившейся воды h_исп, мм, может быть определён по формуле И.В. Тихомирова:

h_исп=Д∙(15+3∙v)                                                   (9)

 

где: Д- дефицит  влажности воздуха, мб;

        V- скорость ветра, м/с

 

Для курсового  проектирования дефицит влажности  воздуха (Д) в среднем за период может  быть принят в пределах 8…12 мб. Скорость ветра в пределах 5…7 м/с.

h_исп=10∙(15+15)=300мм=0,3м

 

Площадь испарения  в течении всего периода будет  изменяться: весной она будет равна  площади полной ёмкости пруда, а  осенью – площади мертвого объёма пруда.

За расчетную  принимаем среднюю площадь, которая  определяем по отметке испарения.

Отметка площади  испарения F_исп, м, равна:

 

F_исп=                                                   (10)

 

где: НПГ- отметка наивысшего подпертого горизонта воды в пруде;

        ГМО- отметка горизонта мертвого объёма

 

НПГ и ГМО берём по интегральной кривой по шкале отметок. По отметке испарения, пользуясь кривой площади зеркала водохранилища F=f(H), находим площадь испарения F_исп.

 

F_исп==126750 м²

 

Объём испаряющейся воды определяем по формуле испарения. Объём воды, который теряется на фильтрацию будет зависеть от свойства грунтов, подстилающих ложе водохранилища.

W_исп =126750 ·0,3=38025 м²

 

Если берега и дно оврага образованы водонепроницаемыми грунтами (глина, тяжелые суглинки), то объём воды на фильтрацию принимаем  равным 5…10% от общего объёма пруда, при  слабопроницаемых грунтах 10…15%.

 

W_фильтр=5%∙379260=18963 м²

 

Таким образом, полезный объём пруда:

 

W_полезн=W_общее-(W_исп+W_фильтр+W_гмо)                               (11)

 

где: W_общее - общий объём воды в пруде, м³

 

W_полезн=379260 - (38025+18963+134000)=188272м³

6.   Проектирование плотины.

Земляная  плотина представляет собой хорошо утрамбованную насыпь, выполненную  из слабоводопроницаемого грунта. Лучшим материалом для насыпи плотины является суглинистые и супесные грунты с  содержанием в них 50…60% песка. На Чертеже 1 «Поперечное сечение земляной плотины» показан поперечный разрез плотины с замком.

1. Определение размеров элементов плотины.

 

Отметка гребня плотины (ГП) должна быть больше, чем  уровень воды перед плотиной (НПГ) не менее, чем на 1,0 м (h_зап).

Величина  сухого запаса гребня плотины (ГП) над  расчетным горизонтом (НПГ) h_зап, м, определяем по формуле:

 

h_зап=(0,7+h_волны)                                                  (12)

 

где: h_волны- высота разгона волны, м

 

Высота разгона  волны h_волны,м, определяется по формуле Замарина В.А.:

 

h_волны=0,5+0,1∙L                                                (13)

 

где: L- длина разгона волны, которая определяется по наибольшему измерению диагонали зеркала пруда, км

L=1,39км

h_волны=0,5+0,139=0,639м

 

Тогда h_зап=0,7+0,639=1,339 м

 

Ширина плотины по гребню по заданию равна 4м

Откосы плотины зависят от свойства грунта, из которого выполняется плотина. Верховой откос, то есть обращенный к воде по заданию равен принимаем с заложением m₁=5 это значит, что ширина основания под этим откосом в 5  раза больше высоты плотины. Низовой откос обычно делают с заложением m₂=2. Коэффициент верхового откоса обозначается буквой m₁, низового – m₂.

Ширина плотины у основания В, м, определяем по формуле:

 

B = b+H_max∙(m₁+m₂)                                          (14)

 

где: b- ширина плотины по гребню, м

      H_мах- высота плотины, м

        m₁- коэффициент заложения верхового откоса

        m₂- коэффициент заложения низового откоса

 

B = 4+4,3∙(5+2)=34,1м

 

Если под основанием плотины водопроницаемые грунты залегают на некоторой глубине, то в этом случае, чтобы уменьшить фильтрацию воды под плотиной прибегаем к устройству глинного замка. Глубина замка определяем из условия, чтобы он врезался в водонепроницаемый слой на 0,5…0,7 м. Ширина замка по дну принимаем равной 1/3 ширины по гребню, то есть 1,5 м. Стенки замка выполняем с заложением откосов m=1,5…1,0.

После установления всех размеров плотины выполняем  следующие чертежи:

- продольный  профиль по створу плотины  в масштабе: горизонтальный М  1:2000, вертикальный М 1:50 (см. приложение Чертеж 2 «Продольный профиль по оси земляной плотины »);

- поперечный  разрез плотины в масштабе  М 1:200 (см. приложение Чертеж 1 «Поперечное сечение земляной плотины»).

На чертежах должны быть нанесены высотные отметки  всех элементов плотины, увязанные  с планом.

7.   Определение объема земляных работ по устройству пруда.

1. Насыпка тела плотины.

 

Объём земляных работ по насыпке тела плотины  W, м³, определяется по формуле:

W= F_cp∙l                                                    (15)

 

где: F_ср- площадь поперечного сечения земляной плотины при средней высоте плотины, м²

        l- длина плотины по гребню, м (берется из продольного профиля плотины l=196м)

 

Величина  средней площади поперечного  сечения плотины F_ср, м², определяем по формуле:

 

F_cp= H_cp                                               (16)

 

где: b- ширина плотины по гребню, м

        В_ср- ширина плотины по подошве, м

 

Ширина плотины по подошве В_ср,м, определяется по формуле:

 

B_cp = b+H_ср∙(m₁+m₂)                                                  (17)

 

где: H_ср- средняя высота плотины, м

Величина  средней высоты плотины H_ср,м, определяется по продольному профилю (Чертеж 2) из условия:

 

H_ср                                                                                                (18)

 

где _{- сумма высот плотины,м;}

n – количество расчетных значений высоты плотины

 

H_ср=2,39 м, тогда B_cp= 4+2,39∙(5+2)=4+16,73=20,73м

Рассчитывается F_cp= 2,39=34,33м²

Тогда W=34,33∙196=6728,68м³

2. Снятие  растительного грунта.

 

Растительный  слой земли снимается с площади  основания плотины (со дна и берегов  оврага) на глубину 0,3м . Площадь основания плотины рассчитывается по средней высоте плотины.

Объём земляных работ по снятию растительного грунта W_р, м³, будет равен:

 

 

W_р=F_осн∙h                                                        (19)

 

где: F_осн- площадь основания плотины, м²

        h- глубина снятия растительного слоя, м

 

Площадь основания  плотины F_осн,м², определяется по формуле:

 

F_осн= B_cp∙ l_пл                                                                               (20)

 

где: l- длина плотины, 196 м

       m₁, m₂- коэффициенты заложения откосов плотины

 

F_осн= 20,73∙ 196=4063,08м², тогда W_р=4063,08∙0,3=1218,92м³

 

3. Устройство  водосбросного канала.

 

Водосбросной  канал является обязательным сооружением  в каждой плотине.

Объём земляных работ W_к,м³, приближенно может быть принят равным 6…8% от объёма земляных работ по насыпке тела плотины.

 

W_к=0,06…0,08∙W                                                  (21)

 

W_к=0,08∙6728,68=538,29м³

 

Крепление откосов  плотины и другие виды ручных работ  W_др,м³, принимается примерно от 4…6% объёма земляных работ по устройству плотины.

 

W_p=0,04…0,06∙W                                                (22)

 

W_p=0,06∙6728,68=403,72м³

 

 

Общий объём  земляных работ составил 8889,61м³

8. Определение оросительной способности пруда.

 

Оросительную  способность пруда, то есть, количество гектаров, которые можно оросить  из данного пруда W_нетто, га, определяют упрощено по формуле:

W_нетто=                                                        (23)

 

где: М_пр- приведенная оросительная норма, которая равна 3200м³, с учетом потерь воды в пруде и в каналах оросительной системы, что соответствует коэффициенту использования прудовой воды, равному 0,70…0,75.

 

W_нетто==58,835га=588350м²

 

Затем определяется площадь брутто W_брутто, га, участка орошения с учетом отчуждения площади под оросительные каналы, дороги, лесополосы по формуле:

W_брутто=                                                      (24)

 

где: КЗИ- коэффициент  земельного использования, принимается  равным 0,75

 

W_брутто==78,447га=784470м²

 

2. Проектирование  оросительной системы.

 

Закончив  расчеты по проектированию пруда, приступают к составлению оросительной системы, предварительно решив, будет ли эта система самотечной или с механическим водоподъемом. В данном случае наивысшая точка проектируемого участка орошения расположена выше расчетного уровня воды в пруде (НПУ), следовательно, воду придется поднимать при помощи насосной станции и система орошения в этом случае возможна только с механическим подъемом.