Проектирование оросительной системы и водоснабжение населённого пункта

Проектирование оросительной системы и водоснабжение населённого пункта

Методическая разработка по выполнению курсового проекта

Новосибирск 2007

УДК 631.67.61.626.86

     Составители: канд. с.-хоз. наук, доц. С.И. Сипко, доц. А.Д. Гончаров,канд.с-хоз.наук,с.н.с.доц. А.А.Лях.

Рецензент: канд. с.-хоз. наук, доц. П.С. Широких.

Проектирование оросительной системы и водоснабжение населённого пункта: метод. разработка по выполнению курсового проекта / Новосиб. гос. аграр. ун-т; сост. С.И. Сипко, А.Д. Гончаров, А.А. Лях. – Новосибирск 2007.

Цель методической разработки – оказать помощь студентам при выполнении курсового проекта. Характер и объём рассматриваемых вопросов, а также степень их детальности и углублённости обусловлены программой курсового проектирования. При проектировании студент должен проявить творческую инициативу в решении отдельных вопросов и уметь обосновать свои выводы.

Методическая разработка предназначена для студентов агрономического фа­культета по специальности 1502 – Агрономия.

Утверждена методической комиссией агрономического факультета (протокол №42 от 14 февраля 2006г.).

Ответственный за выпуск к.с.-х. наук, профессор А.Н.  Мармулев

© Новосибирский государственный

аграрный университет, 2007

Введение

      Курсовое проектирование – часть учебного процесса, в течение которого учащийся вырабатывает навыки проектирования в области сельскохозяйст­венной мелиорации.

    В курсовом проекте решается комплекс взаимосвязанных вопросов, что позволяет студентам лучше усвоить трудные и важные разделы учебной про­граммы.

    Работа над проектом расширяет технический кругозор учащихся, при­учает их творчески мыслить, делать технико-экономические сравнения, са­мостоятельно решать организационные, технические и экономические во­просы, пользоваться учебной и справочной литературой.

Состав и оформление курсового проекта

         Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графического мате­риала. В состав пояснительной записки входят: титульный лист; задание на проектирование; текстовая и расчетная часть; список использованной лите­ратуры; оглавление. Объем пояснительной записки составляет 20-30 страниц рукописного текста. Она должна быть написана технически грамотным язы­ком с выводами и конкретным обоснованием принятых решений по излагае­мому вопросу. Обоснование должно быть в виде расчетов, ссылок на литера­туру, изложения мотивов, побудивших принять то или иное решение.

    Пояснительная записка выполняется на листах формата А4 (297 × 210 мм), чертежи и рисунки выполняются в карандаше, в отдельных случаях их обводят тушью и раскрашивают, а также поясняют подрисуночными подпи­сями; над таблицей указывают её номер и название, рисунки обозначаются в нижней части. Нумерация таблиц и рисунков сквозная. 

Содержание курсового проекта

      Курсовой проект по сельскохозяйственной мелиорации состоит из следую­щих основных глав:

1. Проектирование водохранилища: определение его месторасположения; выбор створа плотины; определение отметок нормально-подпорного уровня (НПУ), минимального уровня воды (MinУВ); выбор места под насос­ную станцию.

2. Расчет объема водохранилища.

3. Расчет земляной плотины: определение отметки гребня, длины и объема тела плотины.

4. Расчет водосбросов- трубчатого и с боковым сливом по паводко­вому расходу; поперечный разрез земляной плотины.

5. Определение расчетного расхода водопотребителей (долевое летнее водоснабжение)

6. Поливной режим сельскохозяйственных культур.

6.1-выбор расчетного года;

6.2 –определение испарения с водной поверхности;

6.3-расчёт дефицита суточного увлажнения;

6.4 –определение поливных и оросительных норм;

6.5-эксплуотационный режим орошения.

7. Расположение оросительной системы на топографическом плане:                             • трассировка магистрального канала (МК);                                                            •проектирование магистрального трубопровода (МТ);

• проектирование полей орошения в соответствии с принятым способом полива;

• расположение на плане оросителей, распределительных трубопроводов, дождевальных машин, лесополос и дорог.

8. Выбор участка для лиманного орошения.

9. Определение КПД оросительной системы и необходимого количества воды для орошения.

10. Подбор диаметра труб, насоса и  электродвигателя для орошения.

К пояснительной записке прилагаются:

* топографический план в масштабе 1:5000;

* поперечный разрез земляной плотины;

Исходные данные для проектирования

1. Топографический план участка с горизонталями (через один метр) в мас­штабе 1:5000.

2. Сведения о водопотребителях.

3. Агрофизические свойства почвы орошаемого участка и погодные усло­вия за ряд лет.

4. Культуры проектируемого севооборота.

5. Заданный способ полива сельскохозяйственных культур (комбинированная система орошения) – дождевание, поверхностный, затопление лиманов.

Расчет объема водохранилища

   Для обеспечения водой орошаемого участка и водопотребителей необходимо знать количество воды в проектируемом водоеме. Объем этот может быть определен по приближенной формуле:

V = K × H × B × L, м ³,       (1).

где H – наибольшая глубина воды у плотины, м;                                   B – ширина водной поверх­ности у плотины, м;                                                 L – длина пруда, м;                                                                                                   K – коэффициент, характери­зующий форму балки, равен ¹/₄-¹/₁₆ ; при форме балки, близкой к горизон­тальной, K =¹/₁₆;  параболической– K =¹/₄ . Ширина, длина и глубина водоема определяются по плану и с учетом заданного масштаба.

    Пример расчёта:

V =¹/₅ × 4 × 420 × 1050 = 352000 м³.

  Более точно объём водохранилища определяют  с помощью планиметра. Для этого определяется цена деления плани­метра на квадрате со сторонами 10×10 см, а затем площади, ограниченные горизонталями и плотиной. Расчет сводится в табл. 1.

Таблица 1. - Расчет объема водохранилища

(графический способ)

Итак, объем пруда, вычисляется наиболее точно планиметром –287,15 тыс.м³.

Расчет земляной плотины

    Для отсыпки земляной плотины необходимо знать ее размеры, т.е. высоту, ширину гребня, подошвы(основания) и в конечном итоге объем земляных ра­бот по её возведению. Определение этих величин входит в расчет плотины.

3.1. Высота плотины определяется по следующей формуле;

Н_пл = Н_вод + Н_волн + Н_зап,       (2).         

где Н_вод =▼НПУ -▼ Min УВ уже определена и составляет 4 м;

Н_волн=0,0208 × С_мах^5/4 × L _волн ^1/3, м,     (3).

где С_мах– максимальная скорость ветра, м/с;(из задания С_мах=20 м/с;)

L _волны – максимальная длина нагона волны на плотину измеряется по плану в км;                 L _волны = 1,05 км;

Н_зап –высота на запас, для небольших плотин принимается от 0,3 до 0,5 м.

Пример расчёта:

Н_волн=0,0208 × 20^5/4 × 1,05^1/3 = 0,885 м ≈ 0,89 м;

Н_пл = 4 + 0,89 + 0,41 = 5,3 м.

3.2 Высоту волны можно определить по приближённой формуле Соколова                                (для Н_воды 4…5 м.);

Н_волны = 0,073 × С_мах, м;  (4).

    Чтобы определить длину плотины, необходимо найти отметку гребня пло­тины, а затем продлить ее в обе стороны до пересечения с поверхностью земли (рис. 1).

▼Гр.п =▼ Min УВ + Н_пл; или ▼НПУ+ Н_волны + Н_зап.         

▼Гр.п =119 + 5,3 м = 124,3 м

                     Рис. 1. Продольный разрез плотины

    Продлив на плане по направлению створа гребень плотины до отметки 124,3 в ту и другую сторону, получим длину плотины L _пл. В нашем примере она составляет L _пл =850 м.

• Ширина гребня плотины В_гр, т.е. проезжей части, принимается в пределах 5-10 м(для небольших земляных плотин).

• Ширина подошвы или основания плотины В_осн. рассчитывается исходя из заложения мокрого и сухого откосов (рис. 2) по формуле:

В_под = В_гр + 5Н_пл, м.

               Рис. 2. Разрез земляной плотины

        Минимальное заложение откосов земляных плотин рекомендуется:                 для мокрого 1:3-5, сухого 1:2. Приняв ширину гребня В_гр=5 м, получим: 

В_под = 5 + (5 × 5,3) = 5 + 26,5 = 31,5 м.

        Зная размеры всех составляющих плотины, определяют объем земляной пло­тины по приближенной формуле

V _пл = 0,25 × Н_пл × L _пл × (В_гр + В_под), м³,           (5).

                    V _пл = 0,25 × 5,3 × 850 × (5 + 31,5) = 38780 м³.

     Оптимальное отношение объема плотины к объему водохранилища считается 1к15…20. В нашем примере это отношение 17,4.(недостаточно)

  Более точно объем плотины можно рассчитать согласно плану по сечениям.Расчет сводится в табл. 2.

Таблица 2. - Объем плотины по сечениям

        Высота плотины в каждом сечении по горизонталям определяется как

 Н_пл.=▼гр.п. –▼пз., где ▼пз.– отметка поверхности земли в любой точке по  створу плотины, определяется по плану (прил. 1)

       Площадь сечения S_сеч определяется как площадь трапеции (рис. 2), т.е. как полусумма оснований, умноженная на высоту:

S _сеч. =  × Н, м²            (6).

         Расстояние между соседними сечениями определяется по плану с учетом масштаба.

Расчет водосбросов

Трубчатый водосброс.

  Во время весеннего паводка водохранилище за счет талых вод может пере­полняться, поэтому необходимо сбросить лишнюю воду за плотину, т.е. в нижний бьеф, с тем, чтобы не превышать нормально-подпорного уровня (НПУ). Чаще всего для этой цели применяются трубчатый водосброс, (труба, проложенная в основании плотины).Альтернативой может служить водосброс с боковым сливом, быстроток, пере­пад и др.

      Паводковый расход определяется в зависимости от местоположения водохранилища и площади водосбора.

      Паводковый расход (Q_пав) определяется в два этапа:

а) определение нормы стока:

Среднегодовая норма стока U определяется по карте изолиний или из табл. 3.

Таблица 3.-Норма стока для некоторых географических зон

     Например, для лесостепной зоны Приобской лесостепи норма годового стока составит: U_стока=75 тыс.м ³/ км ².

в) определение паводкового расхода.

    Паводковый расход Q_пав определяется для года 1%-й обеспеченности, т.е. для расчета принимаем паводок, который бывает один раз в 100 лет. Любой на­селённый пункт располагается в бассейне какой-либо реки или междуречья (прил. 2)

Курган, Челябинск – Тобольская лесостепь;

Рубцовск, Омск,Алейск – Кулундинская лесостепь;

Абакан, Красноярск, Иркутск, Кемерово – Саяно-Сибирский горный район;

Новосибирск, Барнаул, Томск – Приобская лесостепь.

     Для примера проведём расчет паводкового расхода для зоны Приобской лесостепи при норме стока 75 тыс.м³/км² для заданной площади водосбора F=12 км².Опреде­ляем паводковые расходы исходя из нормы стока U и площади водосбора F.

Норма стока          F =10 км²                                F =15 км²

63 тыс.м³/км²          Q _пав =3,61 м³/с         Q _пав =4,97 м³/с

Норма стока          F =10 км²                                F =15 км²

126 тыс.м³/км²            Q _пав =6,6 м³/с           Q _пав =9,0 м³/с

    Теперь проводим интерполяцию и находим паводковый расход для требуе­мой нормы стока U=75 тыс.м³/км² и площади водосбора F=12 км².

     На единицу площади разность в расходе составит для нормы стока 63 тыс. м³/км²

Q =  = = 0,272 м³/с.

Для F=10 км² паводковый расход составляет Q_пав= 3,61 м³/с, тогда для F=12 км² он составит

Q_пав= 3,61+ 0,272 × 2= 4,15 м³/с.

Аналогичный расчет производим для нормы стока U=126 тыс.м³/км²:

Q =  = = 0,48 м³/с.

Для F=12 км²

Q_пав=6,6 + 0,48 × 2= 7,56 м³/с.

По такому же принципу проводим интерполяцию для нормы стока U=75 тыс. м³/км² и площади водосбора F=12 км²

Q =  =  = 0.054 м³/с на единицу нормы стока.

И окончательно:

Q_пав=4,15 + 0,054 × 12 = 4,15 + 0,656 = 4,72 м³/с.

Это и есть искомый паводковый расход, на который далее рассчитываются проектируемые водосбросы.

Рис. 3. Поперечный разрез плотины

Значения коэффициента К:

К  <Д, мм

24,93     1000

11,58     750

3,93       500

2,40       400

1,40      300

0,60       200

0,20       100

   Диаметр трубчатого водосброса определяют методом подбора. Для этого принимают любой, на выбор, диаметр, по которому берут К и подставляют в вышеприведенную формулу. Определяют расход воды, который сможет про­пустить данная труба, и сравнивают его с паводковым Q_пав. Если данная труба не справляется с пропуском паводкового расхода, то рассчитывают трубу другого, большего диаметра. В некоторых случаях приходится ставить две или даже три трубы для пропуска паводка.

Пример:

Первоначально примем трубу Д=750 мм, при этом К будет равен 11,58.

Q_расч = 11,58 ×  = 11,58 ×  = 3,22 м³/с,

где Z=Н - Д/2=4 - 0,75/2=3,625 м.

Итак, имеем Q_пав=4,72 м³/с > Q_расч=3,22 м³/с,

т.е. труба диаметром 750 мм не может пропустить паводковый весенний рас­ход, поэтому надо или увеличить диаметр трубы, или поставить еще одну трубу, предварительно сделав расчет.

Для Д=1000 мм имеем К=24,93,

Z= 4 - ½ = 3,5 м и, следовательно,

Q_расч = 24,93 ×   = 6,85 м³/с.

       Эта труба отвечает пропуску паводкового расхода, поэтому для трубчатого водосброса с Q_пав=4,72 м³/с устанавливают трубу Д=1000 мм. На трубе ставят диафрагмы для уменьшения фильтрации  из расчета - одна диа­фрагма на один метр глубины воды пруда (водохранилища), т.е. в нашем случае ставят четыре диафрагмы равномерно длине основания плотины.

    Для устранения фильтрации под плотиной выполняют замок, который вреза­ется в водоупор на 0,5 м.

Водосброс с боковым сливом

Лишнюю воду из водоема при форсированном уровне паводка по подводя­щему каналу отводят за плотину к сливной грани, которую выполняют гори­зонтально и пропускают вниз по всей длине грани тонким слоем, не смывая задернованный склон. Расход воды на 1 м.п.сливной грани 0,055 м³/с. От­сюда определяют длину сливной грани:                                                              L = Q_max /0,055=4,72/0,055=85,8 м.  (8).

    Подводящий канал строится, как правило, на освещенном склоне, что спо­собствует быстрой очистке канала весной от снега. Рабочий склон сливной грани должен разделяться дерновыми стенками на полосы 5-10 м. Расстояние от плотины до начала подводящего канала в верхнем бьефе 20-30 м, в ниж­нем – 40-50 м.

Ширина подводящего канала по дну:

В= Q_max /1,42Н^3/2, м,     (9).

где Н –глубина воды в канале, иногда принимается такой (Н=0,5 м), чтобы возможен был проезд через канал (это бывает при отсутствии стройматериа­лов на строительство моста).

В других случаях Н может быть 1 м, при этом формула примет вид

                                              В = Q_max / 1,42, м;

В=4,72/1,42=3,324 м.

      Зная все характеристики водосброса с боковым сливом, наносят его на план (прил. 1).

Таблица 4. – Расчёт водопотребления населенного пункта                      (вода техническая).

Суточный расход воды составляет- V= 198020 л/сут. или 198 м³/сут.

Расчётный расход - Q_расч. = 5,38 л/с. который суммируют с расчётным расходом на орошение.

Таблица 6. - Сводная ведомость расчётного года

Апрель