Водохозяйственные и гидрологические расчёты

Водохозяйственными расчетами устанавливают характерные объемы и уровни воды пруда в соответствии с его основным назначением — орошение прилегающего участка земли на базе местного стока путем его сезонно годичного регулирования.

Определение размера пруда

После того, как место для постройки плотины выбрано, определен приток воды в пруд — приступают к расчету размеров пруда. Объём воды в пруде определяется, как сумма объёмов отдельных горизонтов (толщиной 1 м) воды в нём.

Для этого берем план водохранилища (приложение 1) в масштабе 1:5000 с горизонталями через I м и на месте плотины проводится осевая линия плотины, перпендикулярно к горизонталям. Далее с помощью планиметра или па летки определяется площадь, заключенная между осью плотины и каждой горизонталью. Это будет площадь зеркала пруда (F) при различном его на полнении. Зная (F) вычисляется объём слоя (V) между каждой парой сосед них горизонталей по формуле: для нижнего слоя между горизонталями

 

 

F₁ – площадь первой отметки;

h – глубина или высота (h=1 м);

F₁=n*25, м²

 

Так как план пруда дан на миллиметровой бумаге, то количество каждой клеточки по масштабу умножаем на 25, количество квадратов 5 на 5 мм умножаем на 625, а количество 10 на 10 мм – 2500.

Подставляя свои данные в формулу, получаем:

F₁ = *2500+ * + * = м². Далее полученное значение подставляем в следующую формулу:

V₁=1/3* *1= м³.

А для остальных слоев:

 

V_2…10=1/2*F_2….10*h_2…10,

 

F_2...10=n*25+F₁.

 

Все вычисления делаем точно так же, как предыдущие.

Таким образом, вычисляются объёмы и остальных слоев. Суммируя по порядку все промежуточные (частные объёмы), начиная с первого, получаем нарастающие объёмы водохранилища при различном его наполнении. Последняя сумма дает полный объём пруда, т.е. его емкость.

Результаты всех вычислений для удобства группируем в таблицу 1.

 

Таблица 1. Определение объёма воды в пруде

Горизонталь	Площадь зеркала, тыс. м^2	Объём слоя, тыс. м^3	Ёмкость чаши, тыс. м^3

Режим работы пруда

Проектируемый водоем должен отвечать всем потребностям хозяйства в воде. Гидрологический расчет сводится к определению весеннего стока воды мертвого (полезного объемов воды в водоеме, отметки форсированного подпертого (ФПУ), нормального подпертого (НПУ) уровней и высоты плотины.

В весенний сток включается сток паводков, вызванных оттепелями и дождями в течение весеннего периода. Выпадающие в остальное время года осадки, за исключением сильных ливней, стока, как правило, не дают. вело вследствие просачивания воды в сухой грунт и быстрого испарения.

Объем весеннего стока определяют по формуле:

 

W=1000*h_p*F*a,

 

где W — объем весеннего стока с заданной обеспеченностью, м³

h_p- слой весеннего стока расчетной обеспеченности, мм

F- площадь водосбора, км²

а - коэффициент уменьшения стока с водосбора за счет повышения агротехники за последние годы и в перспективе его можно принять около 0,8-0,9.

Слоя весеннего стока расчетной обеспеченности h_p равен:

 

h_p=h*K_p

 

где h – норма весеннего стока (определяется по карте изолиний), мм: К_p - модульный коэффициент стока для расчетной обеспеченности.

 

h=100, K_P=2

F=W/1000*h_p*a

F= тыс. м³/1000* * = тыс. м²

При проектировании водоема и его эксплуатации строят кривые, отражающие связь между уровнем воды у плотины, площадью затопления и объемом воды в водоеме (приложение 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 (приложение 2) точку «а», равную притоку воды в пруд — тыс. м³ проводят линию «ав» до пересечения с кривой объёмов и из точки «в» опускают перпендикуляр «вс» на ось ординат, где и читают, что. тыс, м³ воды заполняют чашу водоёма до горизонт. Это соответствует отметке нормального подпертого уровня — НПУ

Наибольшая глубина воды у плотины определяется, как разность между отметкой (НПУ) и отметкой дна у плотины:

 

Режим работы водохранилища

Мертвый объем — это придонная часть объема воды в водоеме, которая не расходуется на хозяйственные нужды. Он необходим для аккумуляции наносов, создания подпора воды в случае самотечной ее подачи на поля, хозяйственных и культурно-бытовых нужд (разведений рыбы и водоплавающей птицы, водопоя скота). Его рассчитывают, исходя из условий возможного срока заиления водоема или из санитарных требований к воде.

Наивысший уровень воды, до которого может регулярно наполнятся пруд и который можно поддерживать длительное время в нормальных условиях эксплуатации пруда, называют нормальным подпертым (НПУ). При отметке НПУ в пруду размещается его полный объем.

Максимальный расчетный уровень воды, который наблюдается в пруду в течение короткого времени, обычно в период пропуска паводка называют форсированным подпертым (ФПУ). Объем воды, заключенный в пруду между ФПУ и НПУ, представляет призму форсировки, или сливную. Высота этой призмы для прудов обычно составляет 0,8-1,5 м.

Количество воды, которое можно взять из пруда на хозяйственные нужды (орошение и водоснабжение), называют полезной водоотдачей пруда:

 

W_п.в.= W_ор+W_вод

 

где W_п.в. - полезная водоотдача пруда, м³

W_ор - объем воды на орошение, м³

W_вод - объем воды для водоснабжения, м³

Полезный объем пруда:

 

W_П.О=W_П.В + W_ПОТ

 

где W_пот - потери воды на испарение и фильтрацию. м³

Значительные потери воды из прудов составляют испарение и фильтрация. Потери определяют в зависимости от площади зеркала при среднем объеме пруда.

 

W_Р.О= W_{П.О –} W_УМО = – = тыс. м³

W_И = к* (F_НПУ + F_УМО) * 0,5 = * (+) * 0,5 = тыс. м³

W_Ф = К * (F_НПУ + F_УМО) * 0,5 = * = тыс. м³

W_{ПОЛ. ОБ. ПРУДА} = W_Р.О. – (W_И + W_Ф ) = – (+) = тыс. м³

Потери воды на испарение и фильтрацию определяют для всего года или периода, когда в водоеме есть вода. Испарение зависит от географического положения проектируемого объекта, площади водной поверхности водохранилища, изменяющейся от максимальной весной до минимальной к на чалу осени, и местных климатических условий.

Потери воды на испарение с водной поверхности (испаряемость) зависит от температуры воды и воздуха, влажности воздуха и скорости ветра, для предваритёльных водохозяйственных расчетов слой испарения с учетом осадков за вегетацию может быть принята в зависимости от района строительства в следующих пределах:

для северо-восточной лесостепи — 300 мм;

для северной и южной лесостепи 400 мм;

для степной зоны — 500 мм;

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 0,5 м в году при средних условиях 0,5 — 1 м; при водопроницаемых грунтах 1,0 -2,0 м.

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.

 

Таблица 2 Водохозяйственные расчеты

Объём воды в пруду, тыс. м^3	Уровень	Отметка	Площадь водного зеркала, тыс. м^2
Wп.о=.
Wумо=.	УМО
Wнпу=.	НПУ
Wфпу=.	ФПУ
Потери воды на испор. И фильт. Wи+Wф

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 плита ми, а сухой - посевом трав;

— гребень плотины (верхняя ее часть) должен иметь выпуклую форм с уклоном 2-3°;

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

Суглинистый2,5-3,01,5-2,0

Супесчаный3,0-3,52,0-2,5

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.