Изыскания при проектировании осушительных систем

Общие гидромелиоративные обследования

Изыскания проводят с целью сбора необходимых данных для проектирования гидромелиоративных работ [29].

В начальном периоде проводят общие мелиоративные исследования гидромелиоративного фонда для составления технико-экономического обоснования необходимости гидромелиоративных работ. В технико-экономическом обосновании указывают площадь переувлажненных земель в составе гослесфонда, обосновывают целесообразность, техническую возможность гидромелиорации и выбор участков осушения, устанавливают очередность проведения работ, приводят материально-технические, трудовые и денежные затраты, дают расчет эффективности гидромелиорационных мероприятий.

Схему осушения переувлажненных земель какого-либо района разрабатывают на основе лесоводственно-мелиоративной характеристики земель лесного фонда, почвенно-грунтовых, гидрологических, климатических, геоморфологических, экономических условий с учетом природоохранных свойств объектов района обследования.

Исходные данные для составления схемы получают из материалов лесоустройства (таксационных описаний и планов лесонасаждений), справочной литературы (климатические и гидрологические данные), материалов землеустройства, геоморфологических и геоботанических карт. Проводят выборочные натурные обследования с охватом 5-15% площади намечаемых к мелиорации объектов. При выборочном обследовании желательно ознакомиться с объектами осушения прошлых лет (при их наличии) для выявления влияния осушения на рост леса.

Назначая объекты для гидромелиорации, следует отдавать предпочтение крупным гидрологическим участкам (как правило, площадью не менее 200-300 га), расположенным вблизи водоприемников, занятым хвойными древостоя ми с высокой отзывчивостью на осушение (I-II группа эффективности), а также расположенным в районах с высокой интенсивностью лесного хозяйства.

На осушаемой площади исключаются: участки площадью менее 50 га, удаленные от водоприемников, расположенные на территории гослесфонда мозаично; участки, требующие больших объемов работ по регулированию водоприемников; природоохранные объекты; объекты, выделенные для сбора ягод (особенно клюквы); участки, намечаемые к торфоразработке в ближайшие 10 лет; участки гослесфонда, отводимые под сельхозпользование, осушение которых проводят по особым проектам (характеристика объектов осушения для лесного хозяйства приведена в Лекции 5).

Намеченные под гидромелиоративное строительство участки согласовывают с местными органами власти, управлениями торфяного фонда, гипроводхозом, санэпидемстанцией, управлениями рыбнадзора, госохотинспекцией, органами управления лесным хозяйством и лесхозами.

 

Комплексные изыскания

Для разработки технического или технорабочего проекта осушения на объектах, отобранных по результатам общих мелиоративных обследований, проводят комплексные изыскания. К ним относятся топографо-геодезические, лесоводственно-мелиоративные, гидрологические и гидротехнические, почвенно-грунтовые изыскания.

Изыскания начинают с изучения документов: схем осушения, планов и планшетов лесоустройства, крупномасштабных карт (М 1:10000 - 1:25000); с выявления данных высотной геодезической сети; с анализа материалов гидрологических постов на водоприемниках в целях установления их пригодности и возможности использования данных для определения расчетных модулей стока или выбора рек-аналогов.

Комплексные изыскания могут проводиться с использованием аэрофотосъемки или без нее. При отсутствии материалов аэрофотосъемки большое внимание уделяют натурным изысканиям.

Топографо-геодезические изыскания (ТГИ) проводят на плановой основе лесоустроительных планшетов. При нивелировании руководствуются документами Управления геодезии и картографии и Руководством по осушению лесных земель [29]. Нивелировочные работы проводят как на проектируемых заболоченных участках, так и на прилегающих 5-100-метровых полосах суходолов. По данным изысканий составляют: планы в горизонталях; схему расположения и увязки нивелировочных ходов; каталоги реперов временного и постоянного типов и акты сдачи на хранение геодезических знаков.

Гидрологические и гидротехнические изыскания (Г и ГИ) заключаются в сборе, обработке и анализе материалов наблюдений гидрологических станций и постов с построением графиков частоты и обеспеченности (Лекция 3), с выявлением по картам границ водосборов, определением типа водного питания, оценкой состояния водотоков и характера озер.

При гидротехнических изысканиях выполняют топографо-геодезические работы по водоприемникам с определением живых сечений водотоков, учитывают все существующие сооружения на водотоках (мосты, трубы, шлюзы, плотины и др.), обследуют существующую осушительную сеть.

В результате Г и ГИ составляют кривые расходов воды (Лекция 3), определяют по фактическим наблюдениям или аналогу расчетные модули стока, плановое положение водостоков и сооружений на них, составляют план регулируемого водоприемника, продольные и поперечные профили водотоков, эскизы сооружений.

Лесоводственно-мелиоративные изыскания необходимы для уточнения планового положения гидромелиоративного фонда, оценки древостоя и лесоводственной эффективности на примере староосушительных объектов. Основой гидромелиоративных изысканий являются таксационные и лесоустроительные материалы.

Почвенно-грунтовые и гидрогеологические изыскания (ПГ и ГИ) проводят для изучения характера грунтов для определения проходимости землеройной техники и установления устойчивости откосов каналов. При ПГ и ГИ определяют обеспеченность почвы питательными веществами, устанавливают степень разложения (табл. 12) и ботанический состав торфа (в лаборатории).

При наличии материалов аэрофотосъемки или в несложных условиях можно значительно снизить проектно-изыскательские работы, сократить сроки проектирования (выполнить проектирование в одну стадию). При проектировании используют следующие материалы: фотопланы М 1:5000 - 1:25000, контактные отпечатки аэроснимков такого же масштаба, фотосхемы, топографические карты. На карте располагают осушительную сеть и по запроектированным трассам каналов проводят нивелировку, т.е. совмещают нивелировочные ходы с трассами каналов. В сложных условиях и при отсутствии аэрофотосъемки проектирование проводят в две стадии: составляют технический проект, а после его утверждения - рабочие чертежи.

Итогом проектирования является проектно-сметная документация с пояснительной запиской [29]. Окончательным этапом проектирования являются вынос проекта в натуру и трассировка осушительной сети. В результате изыскания после составления проекта заказчику представляют: план участка М 1:10000 или 1:5000 с трассами каналов, с нанесением мест отбора почвенных образцов; планы регулируемых водоприемников с нанесенными поперечниками, угловыми столбами, реперами и линиями спрямления М 1:2000-1:5000; продольные профили каналов с нанесением мест устройства сланей на участках с глубинами торфа более 1,5 м; документ согласований проекта с организациями контроля.

Контрольные вопросы. 1. Для чего проводят общие гидромелиоративные обследования? 2. Какие земли исключаются из осушаемой площади при составлении схемы гидромелиоративных мероприятий? 3. Содержание комплексных изысканий. 4. Когда допускается одностадийное и необходимо двухстадийное проектирование? 5. Чем завершается проектирование?

 

 

Раздел III

ОРОШЕНИЕ

Орошаемое земледелие является самым крупным потребителем пресной воды, около 75% которой используется без возврата в источники водоотбора. Для орошения и хозяйственного использования требуется чистая вода. В природных условиях она не бывает совершенно чистой. Качество воды оценивается определенными физическими, биохимическими показателями и определяется по ГОСТ 2874-82.

Физическими показателями служат температура, цвет, запах и вкус. Питьевая вода должна иметь температуру в пределах 7-12°С, а вода для орошения - близкую температуре окружающего воздуха. Чистая вода не имеет цвета. Цвет воды в природе обычно обусловлен наличием в ней гумусовых частиц или растительных остатков. Цветность воды устанавливают в градусах по В.В.Оводову. Питьевая вода в стеклянном сосуде при рассмотрении сбоку должна быть бесцветной, имея градус цветности не более 20. Запах и вкус воды обуславливаются содержанием в воде растворенных солей, органических веществ, газов и микроорганизмов. Питьевая вода не должна иметь запаха и привкуса.

Вода, используемая для орошения, должна ограничиваться определенными химическими показателями.

Существенным химическим показателем качества воды является жесткость, выражаемая в миллиграмм- эквивалентах кальция и магния в 1 л воды (мг • экв/л). Жесткость в 1 мг -экв/л соответствует содержанию в 1 л воды 20,4 мг ионов кальция или 12,16 мг ионов магния. По степени жесткости воду подразделяют на мягкую с жесткостью 3, средней жесткости - 3-6, жесткую - 6-13, очень жесткую - более 15 мг • экв/л.

Вода в открытых водных источниках обычно мягче, чем подземная, поэтому ее предпочтительно использовать для орошения. Наличием воде хлоридов придает воде неприятный вкус, увеличиваете соленость. При содержании в воде NaCl в количестве, превышающем 300-400 мг/л, использовать для орошения ее не следует.

Среднесуточный расход воды на одного жителя, согласно СНиП П-30-76, устанавливают в зависимости от степени благоустроенности жилищных построек: в зданиях с водопроводом и канализацией (без ванн) - 120-160 л, с ваннами и водонагревателями – 160-230 л, в зданиях с уличными водозаборными колонками - 30-50 л.

В животноводстве на фермах расходуют, л: на одну корову- 100, лошадь - 60, свиноматку - 60, утку и гусей - 2, кроликов - 3.

Для мойки автомашины необходимо предусмотреть 400-500 л воды.

Расход воды на пожаротушение в населенных пунктах, согласно СНиП П-31 -74, устанавливают в зависимости от числа жителей. В населенных пунктах с высотой зданий не более двух этажей при числе жителей до 10 тыс.чел. на один пожар необходимо обеспечить расход воды 10 л/с.

Количество воды на орошение устанавливают по величине поливной и оросительной нормы в зависимости от орошаемой площади (Лекция 15).

 

 

Лекция 13

ИСТОЧНИКИ ВОДЫ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ

Для орошения можно использовать воды местного стока, собираемые в искусственных водоемах, воды озер, больших и малых рек, болот и грунтовые воды.

 

Местный сток

При использовании для орошения вод местного стока необходимо на основе изысканий и исследований установить суммарный объем стока с данного водосбора, внутригодовое распределение расхода воды по сезонам и годам, качество воды. Воды местного стока собирают в пруды или используют непосредственно на орошение (лиманы).

Устройство плотинных прудов. Выбор места для пруда. Плотинные пруды устраивают в балках, руслах небольших ручьев или речек, в прекративших рост оврагах. Балки, русла, овраги в местах будущих прудов должны иметь глубину не менее 5-6, лучше 10 м. Берега должны быть по возможности крутыми в целях предотвращения затопления окружающих территорий. Уклоны дна балки под водохранилищем желательны в пределах 0,005-0,006. Меньшие уклоны приведут к возникновению больших площадей мелководий. Наилучшими являются балки, сужающиеся в местах намечаемой плотины, что снижает ее протяженность и объем насыпи. Пруды должны иметь достаточную водосборную площадь и обеспечить ежегодное восполнение расходуемой воды. Водохранилище устраивают как можно ближе к орошаемому участку, располагая, как правило, выше населенного пункта во избежании загрязнения сточными водами. Грунты дна и берегов балки выше плотины должны быть слабоводопроницаемыми для уменьшения потерь воды на фильтрацию. Наилучшими являются грунты, сложенные однородными суглинками мощностью 1,5-2,0 м, подстилаемые тяжелыми суглинками или глинами. Допускается строительство прудов и на водопроницаемых грунтах (песках, супесях), если они на глубине не более 2-3 м подстилаются водоупором. При выборе места под плотину необходимо учитывать возможность устройства водосборного сооружения. Наилучшим является вариант, когда в створе плотины на небольшом удалении от нее проходит пологая балка, куда можно через коренной берег сбрасывать воду через водосборное сооружение.

Земляные плотины. При строительстве небольших прудов для задержания вод местного стока наибольшее распространение получили земляные плотины, устраиваемые в виде насыпи поперек балки. В поперечном сечении тело плотины имеет форму трапеции и состоит из следующих элементов (рис. 63): основания, гребня, откосов - мокрого (верхового) и сухого (низового). Уровень воды выше плотины (в верхнем бьефе) устанавливается расчетом и называется нормальным проектным горизонтом (НПГ).

Рис. 63. Поперечный профиль плотины:

Т- высота плотины; Н - глубина воды в пруду: НПГ- нормальный проектный (подпорный) горизонт; 1 - мокрый откос: 2 - гребень; 3 - линия снижения уровня воды; 4 - сухой откос: 5 - замок; 6 – основание плотины; 7 - выемка слоя грунта

Плотины бывают двух типов: однородные, или простые, устраиваемые на водонепронецаемом грунте (основании); тело плотины насыпают из слабоводопроницаемого грунта (обычно суглинка); неоднородные, или сложные, основанием которых служат водопроницаемые породы, а на глубине 2-3 м залегает водупорный грунт; тело плотины сооружают из относительно водопроницаемого грунта (супеси, легкого суглинка); для предотвращения фильтрации через плотину под ее основанием устраивают замок, ядро или экран (рис. 64).

Ширина гребня плотины зависит от движения по плотине. Если по плотине автотранспорт не движется, то ширина гребня при высоте плотины до 6 м принимается равной 3-4 м. Для проезжих плотин ширина гребня зависит от класса дороги и должна составлять не менее 5-6 м. Проезжую часть плотины укрепляют асфальтом и оборудуют перилами.

Рис. 64. Типы земляных плотин:

а - из однородного грунта; б- с ядром; в - из однородного грунта со шпунтом; г - со сложным ядром; 1 - супесь; 2 - глина; д - с экраном; с - из однородного грунта с дренажем

Заложение сухого и мокрого откосов зависит от их назначения. Мокрый откос для средних суглинков устанавливают равным 2,5-3,0, для супесей- 3,0-3,5, для песков- 3,5-4,0. Сухой откос устанавливается соответственно - 1,5-2,0; 2,0-2,5; 2,5-3,0. Мокрые откосы в целях лучшей устойчивости следует укреплять каменной отмосткой или бетонными плитами. Крепят верхнюю часть откоса выше и ниже НПГ на 1-1,5 м.

В тело плотины после заполнения пруда фильтруется вода, располагаясь ниже определенной линии, называемой кривой депрессии. Ее уклон приблизительно равен: в супесях - 1/5, в суглинках - 1/4, в глинах - 1/3. Кривая депрессии должна пересекать основание плотины на расстоянии не менее 4 м от основания сухого откоса.

Однородные плотины устраивают из слабоводопроницаемых суглинистых грунтов с содержанием 50-70% глины и 50-30% песка. Для снижения фильтрации под основанием плотины по всей ее длине устраивают замок, врезаемый на 0,5-1,0 м в водонепроницаемый грунт (рис. 64, а). Ширина замка понизу - 1,0-1,5 м, коэффициент откоса - 0,5 или 1,0. На грунтах, где водоупорный слой залегает глубже 3 м, сверху на глубину 1,0-2,0 м устраивают замок, а ниже забивают шпунтовую стенку, заглубляя ее в водоупорный слой на 0,5 м (рис. 64, в).

Плотины с ядром применяют в целях уменьшения фильтрации воды через плотину. Ядро устраивают из глины, тяжелого суглинка или глинобетона. Толщину ядра принимают вверху не менее 1,0-1,5 м, внизу не менее 3 м. Нижняя часть ядра, выполняющая функции замка, врезается в водонепроницаемый грунт на 0,5 м (рис. 64,6). Ядро превышает НПГ на 0,6-0,75 м. Ядро сверху покрывают слоем грунта не меньше глубины промерзания. В отдельных случаях устраивают сложное ядро из слоя глины и песка (рис.64, г).

Плотины с пластичным экраном. Экраном называется наклонно уложенный со стороны мокрого откоса в теле плотины слой материала из мятой глины, тяжелого суглинка или полиэтиленовой пленки (рис. 64, д). Плотины при наличии экрана можно устраивать из водопроницаемого грунта. Толщина экрана: сверху -0,8-1 м, снизу - около 2 м. Сверху экран со стороны откоса покрывают слоем крупнозернистого песка толщиной 0,7-0,8 м. Верхняя часть экрана должна быть на 1,0-1,2 м ниже отметки гребня плотины.

Плотины с дренажным устройством (рис. 64, е). Дренаж устраивают со стороны сухого откоса путем насыпки слоями толщиной 15-20 см мелкого и крупного песка, далее укладывают слой щебня или гравия, мелких и средних камней. По периферии дренажа прокладывают дренажные трубки. Ширина дренажного устройства по основанию принимается не менее 1 м, а высота - не менее 1/4-1/5 высоты плотины. Применение дренажа на плотинах высотой менее 10 м нецелесообразно.

Крепление откосов земляных плотин. Откосы земляных плотин разрушаются: под влиянием волн и дождей - верховой откос, только дождей - низовой откос. Крепление верховых откосов при высоте плотин до 5-6 м можно проводить каменной наброской или посадкой ив. Каменные наброски (выстилки) устраивает путем укладки камней продолговатой формы. Камни укладывает длинной стороной вдоль склона на предварительно уложенный слой крупнозернистого песка или мелкого щебня, покрывающего откос. Выстилка выполняет функции фильтра, по которому вода стекает вниз. Для повышения устойчивости каменную наброску можно укладывать в клетки из бетонных элементов. Крепление проводят и в воде на 1,0-1,5 м ниже НПГ.

При высоте плотины не более 5-6 м можно применять и биологическое крепление в виде посадок ивы. Крепление создают посадкой черенков с размещением посадочных мест через 1,0х1,0 или 1,5x1,5 м. В период приживания посадок откос можно защитить от разрушения волнами выстилкой из хвороста или соломы. Низовые откосы можно закреплять посевом многолетних трав, залужением в клетках из дерна или сплошной одерновкой.

Водохозяйственный расчет пруда. При водохозяйственном расчете определяют требуемый объем пруда, устанавливают необходимую высоту плотины и проводят расчеты наполнения пруда водой. Требуемый объем пруда определяется расходами воды на орошение, водоснабжение, испарение, заиление, фильтрацию и необходимым по санитарным нормам минимальным запасом воды (мертвым объемом).

Объем воды на орошение устанавливают в зависимости от оросительной нормы и величины орошаемой площади. Его можно вычислить по формуле:

 (110)

где V_ор- объем воды на орошение; F - орошаемая площадь, га; М - средняя оросительная норма, м3/га; - коэффициент полезного действия оросительной системы (0,6-0,8).

Объем на водоснабжение зависит от вида потребителя (бытовые нужды, производственные предприятия, тушение пожаров и т.д.) и рассчитывается по нормам водопотребления (СНиП П-30-76).

Количество воды, потребляемое на орошение и водоснабжение, называется полезной водоотдачей пруда.

Потери на испарение с водной поверхности зеркала пруда определяют по величине испаряемости и рассчитывают по формуле Н.Н.Иванова (Лекция 1). Приблизительная величина испарения приведена в табл. 1.

Потери на испарение при облесении территории вокруг пруда сокращаются на 15-20% вследствие снижения скорости ветра и повышения влажности воздуха в зоне пруда.

Потери на фильтрацию не остаются постоянными. В первые годы после строительства потери больше, в дальнейшем по мере заиления пруда и кольматации почвенных пор ложа пруда фильтрация уменьшается. Для приближенных расчетов потери на фильтрацию можно определить по табл. 41.

Таблица 41 - Потери воды на фильтрацию из прудов

Гидрогеологические условия балки	Величина фильтрации в год
	Слой воды, м	От объема пруда, %
Водонепроницаемые грунты при близком залегании грунтовых вод (хорошие условия)	0,5	5-10
Слабопроницаемые грунты (средние условия)	0,5-1,0	10-20
Хорошо водопроницаемые неводоноа 1ые грунты (плохие условия)	1,0-2,0	20-40

 

В целях борьбы с фильтрацией под ложем пруда устраивают экраны из суглинка, глины, битума, бетона. В последние годы находит применение пленочное покрытие на дне водохранилищ в виде сплошной выстилки дна с покрытием ее на 0,2-0,3 м грунтом.

Потери воды за счет заиления (уменьшение объема воды в пруду) зависят от состояния водосбора, степени его распаханности и облесения. Поскольку плотинные пруды наполняются водами, стекающими с водосбора, необходимо знать ежегодный приток воды и величину твердого стока. Объем пруда, занимаемый илом, можно определить по формуле:

, (111)

где  - объем ила;  - ежегодный приток воды расчетной обеспеченности, м³;  - количество взвешенных частиц, кг/м3;  - коэффициент пористости наносов.

При облесенном нераспаханном водосборе средний слой заиления равен 1,7-4,0 см в год, при распаханном водосборе заиление может достигать 20-22 см в год.

С целью уменьшения твердого стока и заиления прудов по берегам балки целесообразно оставлять нераспаханную 20-30-метровую полосу вокруг пруда и проводить облесение берегов балки.

Мертвый запас воды в пруду определяется санитарными требованиями и хозяйственной необходимостью. В целях уменьшения прогреваемости воды в летнее время и снижения процессов разложения и гниения растительных и животных остатков в пруду по санитарным нормам постоянно должно быть не менее 1,5-2,0 м воды. Часто пруды используют для рыборазведения. Для перезимовки рыбы суметом льдообразования необходимо увеличить слой мертвого запаса до 2,5-3,0 м.

Суммирование объемов воды на фильтрацию, заиление мертвого запаса, потребление (орошение и водоснабжение), испарение позволяет определить объем пруда. Рассчитав объем пруда, устанавливают необходимую высоту плотины. Необходимо учесть, что после образования пруда волнобоем плотина будет разрушаться. Для предохранения от размывания гребень плотины возвышается над НПГ. Высоту волн ориентировочно можно определить по формуле Е.А.Замарина:

 (112)

где L - длина разгона волны, км.

Для приближенных расчетов можно принять превышение гребня над НПГ на высоту 1,0-1,5 м.

Расчет наполнения пруда водой производится в большинстве случаев на сток весенних талых вод. Гидрологический расчет прудов, предназначенных для орошения, проводят на сток 50%- или 70%-ной обеспеченности (Лекция 3). Сток весенних вод рассчитывают по формуле:

 (113)

где W_с - суммарный весенний сток с водосборной площади, м³; F - площадь водосбора, м2; h - мощность снега перед весенним снеготаянием, м;  - плотность снега;  - коэффициент стока.

Объем пруда определяют по горизонталям плана балки, для чего вычисляют площади, ограниченные каждой горизонталью и осью плотины (рис. 65).

Расчет объема проводят по формуле:

 (114)

где - объем чаши пруда между горизонталями 47-48;  - площади, ограниченные горизонталями 47 и 48; h - высота сечения горизонталей.

Суммирование объемов между каждой парой горизонталей даст общий объем пруда.

 

Рис. 65. План балки с плотиной и водосливом:

1 - гребень плотины; 2 - мокрый откос; 3 - сухой откос; 4 - водослив

Водосбросные сооружения. В большинстве случаев в прудах задерживается часть годового стока с водосбора. Излишние воды могут переполнит водохранилище и вызвать разрушение плотины. Для отвода избыточных вод устраивают водосбросные сооружения: водосливы, каналы, водоспуски.

Водослив устраивают обычно в виде канала с быстротоком (см. рис. 44) или перепадом (см. рис.43), располагая его в стороне от плотины в обход ее. Входную часть водосливного сооружения располагают не ближе 30-40 м от плотины по урезу воды на уровне НПГ. Далее канал огибает плотину, располагаясь не ближе 40-50 м от основания сухого откоса. Верхняя горизонтальная часть водослива называется понуром, наклонная часть - водобойным полом и нижняя Горизонтальная площадка - сливным полом. По верхней границе понура ниже его основания устраивают противофильтрационную стенку или забивают шпунтовый ряд глубиной 1,5-2,0 м. Шпунтовый ряд забивают и в конце понурого пола. Входная часть понура делается расширенной для рассредоточения потока воды на входе. Водобойный пол заканчивается водобойным колодцем. Входную часть водослива (сливной пол), также как и входную часть понура, делают уширенной для обеспечения более спокойного течения воды.

Ширину водослива приближенно можно определить по формуле:

 (115)

где b - ширина водослива на входе, м; Q - максимальный расход воды, м³/с; а - коэффициент (при остром входе - 0,85, закругленном - 0,92); α - глубина воды на пороге водослива, м; g - ускорение свободного падения (9,81 м/с2); Z - перепад (превышение уровня воды в водохранилище над уровнем над входным отверстием), принимаемый в пределах 0,08-0,10 м.

Расход воды определяют по максимальному модулю стока талых вод по формуле Д.Л.Соколовского:

 (116)

где а - среднемаксимальная интенсивность снеготаяния (2-4 мм/г); σ - коэффициент стока; α - коэффициент редукции, равный для площадей водосбора 100, 1000 и 10 000 га, соответственно 0,98,0,81 и 0,49.

Канал устраивают взамен водослива на небольших прудах при сбросе небольших расходов воды. Канал прокладывают в коренном берегу балки обычно без укрепления дна и откосов. Иногда для обеспечения устойчивости в нижней части канала делают простейшие быстротоки или ступенчатые перепады. В начале канала устраивают льдозадерживающие сооружения. Ширину по дну земляного водосбросного канала рассчитывают, как и ширину по дну проводящих каналов осушительной сети (см. Лекция 6). Расход Q определяют по формуле:

 (117)

где q_max - максимальный модуль стока, м³/с с 1 га; F-площадь водосбора пруда, га.

Водоспуск в отличие от водослива и канала устраивают в теле плотины. Он представляет собой камеру с отвесными стенками закрываемую щитовой задвижкой, или шандорой (рис.66). Наиболее важной частью водоспуска является флютбет (нем. Flutbett от Flut - поток и Belt - постель). Флютбет - часть гидротехнического сооружения (водоспуска, водослива), поверх которого протекает водный поток. Он служит для пропуска воды из пруда через плотину (водоспуск) или в обход (водослив).

Рис. 66. Схема водоспуска в теле плотины:

1 - предпонурное сооружение; 2 - понурная часть; 3 - водобойная часть; 4 - сливная часть; 5 - рисберма; 6 - нижний бьеф; 7 - дамба

Основные элементы флютбета изображены на рис. 66. Понур - водонепроницаемое покрытие дна в начальной части флютбета со стороны верхнего бьефа, уменьшающее возможности фильтрации воды под основание водосбросного сооружения. Перед понуром иногда укладывают слой мятой глины. Водобой (водобойный пол) - часть флютбета, воспринимающая динамическое воздействие воды. Особенно сильно это воздействие при наличии затвора, подпирающего воду в верхнем бьефе. Водобойный пол постепенно переходит в сливной пол, который может устраиваться с некоторым уклоном. Рисберма - участок флютбета, предназначенный для гашения кинетической энергии потока и снижения скорости, приближая ее к скорости течения в нижнем бьефе (русле ниже водосбросного сооружения). Флютбет устраивают из различных материалов, лучше из железобетона, но возможно (в небольших прудах) и из дерева. Для уменьшения фильтрации воды и предотвращения размыва и разрушения под флютбетом устраивают одну или несколько подпорных стенок, или шпунтовых рядов. Первый ряд в начале понура, второй - под запорным щитом (затвором), далее - в конце сливного пола. При устройстве водоспуска из древесины пол и стенки изготавливают двойными из шпунтовых досок, антисептируя их.

Нижнюю часть водоспуска (дно камеры) располагают на уровне дна пруда, поэтому через водоспуск при необходимости можно спустить всю воду пруда.

Ширину отверстия водоспуска определяют по видоизмененной формуле водослива с широким порогом:

 (118)

где b - ширина отверстия, м; Q - максимальный расход воды, м³/с; Н - напор на пороге водоспуска, м; m - коэффициент, равный 1,42-1,52.

Кроме водосбросных сооружений для подачи воды на орошение применяют трубы и сифоны. Трубы для орошения укладывают при строительстве плотины на коренном берегу балки на отметке горизонта мертвого объема. Сифоны устраивают из стальных труб, укладываемых через плотину со стороны пруда к основанию сухого откоса. Трубы и сифоны с обеих сторон оборудуют задвижками, а концы и откосы в местах выхода оформляют прочной каменной кладкой. Для включения сифона полость его заполняют водой с верхней части через специальное отверстие на уровне гребня плотины, герметически закрываемое после заполнения сифона водой. После этого открывают задвижки.

Трубы и сифоны, используемые для подачи воды на орошение, нужно выводить со стороны сухого откоса к голове магистрального оросительного канала. В отдельных случаях трубы и сифоны можно использовать для сброса излишней воды из пруда. В местах выпуска воды устраивают водобойные колодцы.

При строительстве прудов в садово-парковом хозяйстве могут создаваться особые виды водосбросных сооружений. Примером разнообразия таких сооружений является г. Пушкин (Царское Село). Сброс воды в системе каскадных прудов Екатерининского -парка часто производят через гребень плотин (рис. 67, 68). Вода через специальные отверстия поступает на ступеньки низового откоса плотины и далее в следующий пруд. Для украшения пейзажа на ступеньках плотины “Зеленого моста” (г. Пушкин) установлены крупные валуны, которые, разделяя поток, создают иллюзию движения воды между скалами (рис.67). На малых каскадах прудах канала вдоль парковой улицы над потоком сооружена арка из туфа (рис.68). Можно сооружать туннели, устраивая арочное покрытие над водосливами и водоспусками.

Рис. 67. Схема сброса волы через гребень плотины

Строительство плотинных прудов и их эксплуатация. Строительство начинают с разбивки на местности пикетами оси плотины, очертания основания и гребня с указанием местоположения замка. Одновременно размечают местоположение водосбросного сооружения. После разбивки плотины под ее основанием и по всей площади пруда вырубают древесную и кустарниковую растительность. На всей площади под основанием плотины на глубину 0,2- 0,3 м снимают растительный грунт, удаляя его за пределы границ низового (сухого) откоса. Места будущих мелководий желательно углубить.

Рис. 68. Схема сброса воды через отверстия в верхней части плотимы

Перед насыпкой плотины устраивают замок. Насыпку начинают с пониженных мест слоями толщиной 0,2-0,3 м, постоянно разравнивая и уплотняя грунт катками. Сухой грунт увлажняют. Оптимальная влажность супесчаного грунта - 9-14%, суглинистого – 12-20%, глинистого - 20-28%. Плотину насыпают на 10-15% выше проектной высоты с учетом осадки грунта. Ядро или экран устраивают одновременно с насыпкой плотины. Водоспуск строят до насыпки плотины, и через него при необходимости сбрасывают поступающую в балку воду.

Сопряжения насыпи плотины с берегами балки производятся короткими уступами по наклонным плоскостям. Вертикальные уступы способствуют образованию трещин.

Объем насыпи плотины определяют по отдельным отрезкам. По оси плотины через 10-20 м разбивают пикеты, вычисляют площадь поперечного сечения плотины на каждом пикете. Объем насыпи между пикетами V вычисляют по формуле:

 (119)

где F₁ и F₂ - площади поперечных сечений плотины на пикетах, м²; l -расстояние между пикетами, м.

Зная коэффициент откоса, площадь поперечного сечения на пикете можно вычислить по формуле:

где m₁ и m₂ - коэффициенты откосов (мокрого и сухого); b - ширина гребня плотины; h - высота плотины.

Суммируя объемы по отрезкам между пикетами, получим объем всей плотины.

Эксплуатация прудов и плотины включает мероприятия по надзору и уходу за плотинами и водосбросными сооружениями, их ремонт и работу по благоустройству территорий пруда.

Основные виды повреждений: перелив воды через гребень плотины; образование трещин в теле плотины; фильтрация воды через плотину; разрушение плотины волнобоем; повреждение водосбросных сооружений.

Перелив воды через гребень наблюдается при очень больших паводках или вследствие неподготовленности водосбросных сооружений к пропуску паводка. Для предотвращения перелива воды водосбросные сооружения необходимо весной перед половодьем очистить от снега, льда, мусора. При больших паводках, когда водосбросные сооружения не успевают сбросить воду, для устранения перелива воды необходимо устроить временный водосбросный канал с отводом воды в балку ниже плотины.

Трещины часто образуются на новых плотинах до полной усадки грунта вследствие его замерзания в верхних слоях и продолжающейся осадки нижних слоев, что ведет к возникновению пустот. При образовании в плотине поперечной трещины ее заделывают частями. Вначале выкапывают траншею поперек трещины (вдоль плотины) шириной 0,75 м, длиной 1,5-2,0 м и глубиной на 0,5 м ниже трещины, затем заделывают следующую часть трещины. При продольной трещине траншею выкапывают вдоль нее на всю длину. Трещину заполняют тем же грунтом, из которого устроена плотина, слоями 15-20 см с тщательной трамбовкой.

Фильтрация воды через плотину может наблюдаться при нарушении правил проектирования или строительства. Для устранения фильтрации необходимо увеличить основание плотины за счет ее уширения со стороны сухого откоса или устроить дренаж. Если фильтрующаяся через дренажное устройство вода чистая, то это указывает на хорошие состояние плотины, мутная вода говорит об опасности ее разрушения.

Разрушение плотины волнобоем устраняют креплением мокрого откоса каменной отмосткой, бетонными плитами или наброской камней по квадратам, созданным из кольев (черенков) ивы.

Водосбросные сооружения следует постоянно очищать от мусора, а весной - от снега и льда. Наиболее частым видом повреждения водосбросных сооружений является образование провалов вдоль их стенок вследствие фильтрации воды. Все провалы за стенками водопропускных сооружений следует своевременно заполнять грунтом, из которого создана плотина, с тщательной трамбовкой.

Во избежание размыва плотин необходимо во время половодья или паводка организовать наблюдение и сосредоточить нужные материалы и механизмы.

В систему эксплуатационных мероприятий входит благоустройство территории вокруг пруда: восстановление нарушенного дернового покрытия, создание древесно-кустарниковых насаждений (ассортимент пород подбирают в зависимости от почвенно-климатических условий).