Водохозяйственный расчет пруда с применением сложный формул

Гидрологический расчет начинают с определения рабочего объема – W _р (рис. 24). В районах неустойчивого увлажнения пруды рассчитывают на заполнение только весенними талыми водами, так как летние осадки образуют незначительный поверхностный сток.

Приток воды W м³ в пруд, устраиваемый на пересыхающих летом балках, определяют по формуле:

;

где:   k – поправочный коэффициент, учитывающий обеспеченность расчетного объема стока. Так при годовой обеспеченности стока Р =5% k =1,6; при Р =10% - k =1,4; при Р =25% - k =1,2; при Р =50% - k =1,0; при Р =80% - k =0,8; при Р =90% - k =0,7. Обеспеченность обычно принимается: при использовании стока для орошения и обводнения – 75-80%, водоснабжения – 90-97% и рыборазведения, % от годового стока;

          h _ст – средний слой воды, определяемый по карте изолиний среднемноголетнего годового стока страны или данным метеостанций. Средний слой стока представляет собой слой в мм, который получается, если объем воды в м³, стекающий за определенной время, равномерно распределить по всей площади водосбора (F _в):

;

Если водохранилище (пруд) устраивают на непересыхающих ручьях и реках, то объем воды (W м³) за год определяют по формуле:

 

;

где: q – среднегодовой модуль стока, л/с–км², определяемый по карте изолиний нормы стока на территории страны или по данным метеостанций.

Годовой объем стока поверхностных вод (W _р м³) с водосборной площади, равный рабочему объему пруда можно рассчитать по упрощенной формуле:

 

;

где:   h _ст – слой стока 80% обеспеченности, мм;

          F _в – площадь водосбора, га.

С целью экономической оценки целесообразности затопления площади строят кривые связи между отметками поверхности воды, площадью затопления и объемом воды в пруду (рис. 27).

 

Рис. 27. Графическая характеристика пруда

 

Для построения графика (рис. 27) использованы данные таблицы 6.

 

 

Таблица 6. Зависимость между глубиной воды h у плотины, площадью зеркала воды (ω) и объемом воды (W) в балке (пример)

Отметка уровня воды у плотины, м	Глубина воды у плотины, м	Площадь водного зеркала, га	Средняя площадь, га	Слой воды, м	Объем слоя воды, тыс.м^3	Суммарный объем пруда, тыс.м^3
8	0	0	-	-	-	0
10	2	1,2	0,6	2	12	12
12	4	3,8	2,5	2	50	62
14	6	7,8	5,8	2	116	178
16	8	12,8	10,3	2	206	384
18	10	20,2	16,5	2	330	714
20	12	30,0	25,1	2	502	1216
22	14	41,0	35,5	2	701	1917

 

Мертвый объем (W _{м.о .}) – это придонная часть объема воды в водоеме, которая не расходуется на орошение.

Мертвый объем рассчитывают по формуле:

;

где:   ρ – средняя многолетняя мутность, г/м³ (~3 г/м³);

W_c – средний многолетний сток, м³ в год;

Т – период эксплуатации пруда (между чистками 30-50 лет);

Δ – объемная масса наносов (1,1-1,2 т/м³)

ξ – коэффициент, учитывающий вынос наносов весенней водой (0,6-0,8);

ψ – доля влекомых наносов по отношению к донным (0,05).

 

По санитарным требованиям глубина мертвого объема перед плотиной должна быть 2-3 м.

Потери объема воды в пруде на заиление зависят от водосбора, его распаханности или занесенности и определяется по формуле:

;

где:   W _з – объем ила, м³;

W_p – ежегодный приток воды, расчетной обеспеченности, м³;

ψ – количество взвешенных частиц, кг/м³;

α – коэффициент пористости наносов.

 

При облесенном нераспаханном водосборе слой заиления принимают равным 1,7-4,0 см в год, при распаханном водосборе 20-22 см в год.

Зная мертвый объем воды, вычисляют полный объем воды (м³) по формуле:

Полезный объем воды (W _п м³) или объем воды, используемый на орошение и водоснабжение, называется полезной водоотдачей пруда, и определяют его по формуле:

;

где: W _е – испарение с поверхности водоема, м³;

  W _ф – потери на фильтрацию воды в грунт через дно и берега пруда, м³

Объем воды на испарение (W _е м³) вычисляют по формуле:

;

где: ω_ср. – средняя площадь зеркала воды в пруде за расчетный период, га.

Среднюю площадь зеркала воды в пруде определяют по формуле:

;

где: ω_м.о – площадь зеркала воды мертвого объема пруда, га;

  ω _НПУ – площадь зеркала воды нормального подпорного уровня, га.

Потери воды на фильтрацию (W _ф) через ложе пруда определяют по формуле:

;

где: h _ф – слой воды, расходуемой на фильтрацию из пруда, мм.

При хороших геологических условиях – слабоводопроницаемых грунтах ложа (глина, тяжелые суглинки, скальные грунты) и высоком стоянии грунтовых вод слой потерь на фильтрацию можно принимать минимальным h _ф =400 мм; при грунтах ложа со средней водопроницаемостью (средние суглинки, супеси) – h _ф =100-1000 мм; при плохих геологических условиях - сильноводопроницаемых грунтах (пески, легкие супеси) и глубоком залегании грунтовых вод – h _ф =1000-2000 мм.

Коэффициент полезного действия пруда (η_п) определяется по формуле:

;

где: W _п – полезный объем пруда, м³;

  W _р – рабочий объем пруда, м³.

Коэффициент полезного действия должен быть в пределах 0,7-0,9. Если он меньше 0,7, то разрабатываются мероприятия по уменьшению потерь воды на фильтрацию и испарение с поверхности водоема.

Пример расчета.

Определить объемы и уровни воды в пруде: рабочий, мертвый, полный и полезный, нормальный подпорный и уровень воды, соответствующий мертвому объему.

Дано: план водосбора балки в масштабе 1:50000 (рис. 26), план балки в масштабе 1:10000 (рис. 25), слой стока по данным метеостанции h _ст =28 мм; слой воды на испаряемость l ₈₀ =500 мм; слой воды на фильтрацию h _ф =400 мм; глубина мертвого объема h _м.о = 3 м; толщина льда (0,7-1,0 м) h _л =1 м.

Сначала определим рабочий объем пруда по формуле:

.

Затем определяем глубину мертвого объема, с учетом толщины льда, она будет равна:

;

где: h _в – слой воды мертвого объема, м;

  h _л – толщина льда, м.

Отметка воды в пруде при мертвом объеме будет равна:

;

где: Н_д  - отметка дна пруда, берется по плану отметки наименьшей горизонтали.

Объем и площадь водного зеркала мертвого объема определяем по графику (рис. 27).

При Н_м.о =12 м, ω_м.о =3,8 га, W _м.о =62000 м³ полный объем пруда определяем:

Зная полный объем воды, по графику (рис. 27) определяем отметку нормального подпорного уровня и площадь зеркала воды НПУ.

Н _НПУ =18,8 м; ω _НПУ =24,2 га.

Тогда глубина воды у плотины нормального подпорного уровня будет равна:

.

Объем воды, который расходуется на испарение с поверхности пруда, вычисляем по формуле:

;

.

Потери воды на фильтрацию через дно и откосы пруда находим по формуле:

.

Полезный объем пруда определяем по формуле:

.

Коэффициент полезного действия пруда:

.

Его значение находится в допустимых пределах 0,7-0,9.

Основные показатели расчетов сводят в таблицу 7.

 

Таблица 7. Объемы, уровни, площади пруда на балки

Объем	Отметка уровня воды, Н, м	Объем воды, м^3	Площадь водного зеркала, га
рабочий	-	801000	-
мертвый	12,0	62000	3,8
полный	18,8	863000	24,2
потери	-	126000	-
полезный	-	675000	-