Часть II. Орошение на местном стоке

Глава 10 Орошение сельскохозяйственных культур водой местного стока

10.1 Организация и гидрологический расчет пруда

10.1.1 Выбор места для строительства пруда.

Для выбора места под водоем и орошаемый участок изыскательская партия проектного института проводит топографическую съемку, почвенные и гидрологические изыскания. На основании этих данных составляют топографические планы балки Глубокой и орошаемого участка. Створ плотины намечают в наиболее узком месте балки. Ось плотины располагают нормально горизонталям местности. В этом случае балка имеет максимальную глубину:

h_max = 22 – 8 = 14 м

Уклон дна балки не должен превышать 0,01 и определяется по формуле:

, где

h_max – максимальная глубина балки, м;

l – длинна балки, м.

i = 14 / 1660 = 0,008

Уклон дна балки не должен превышать 0,01. В пределах балки нет действующих оврагов, берега ее не склонны к оползанию. Грунты ложа проектируемого водоема представлены слабоводопроницаемыми суглинками и глинами мощностью до 4 м, ниже залегают ленточные глины.

В пределах водосборной площадки балки Глубокой нет населенных пунктов, скотомогильников, кладбищ, следовательно, она отвечает санитарно-гигиеническим условиям.

Таким образом, балка Глубокая отвечает основным требованиям, предъявленным к строительству искусственных водоемов.

10.1.2. Гидрологический расчёт пруда

В задачу гидрологического расчета входит определение водосборной площади пруда, годового притока воды, мертвого и полного объемов, а также нормального подпорного уровня (НПУ), потерь воды на фильтрацию, испарение и полезного объема.

Таблица 12 Характеристика водоема на балке “Глубокая”

Отметка горизонта воды Н, м	Площадь водного зеркала У, га	Средняя площадь водосборного зеркала f ср, га	Высота слоя воды h, м	Объем воды V=H10fСР, тыс. м^3	Суммарный объем воды, тыс. м^3
8	0				0
9		0,6	2	12
10	1,2				12
11		2,5	2	50
12	3,8				62
13		5,8	2	116
14	7,8				178
15		10,3	2	206
16	12,8				384
17		16,5	2	330
18	20,2				714
19		25,1	2	502
20	30,0				1216

Таблица 13 Гидрологическая характеристика объемов пруда

Наименование объемов	Буквенное обозначение	Отметка горизонта воды, м	Площадь водного зеркала, га	Объем воды, тыс. м^3
Рабочий	Vраб	-	-	1223
Мертвый	Vмо	11	2,5	50
Полный	Vполн=VНПУ	20	30	1273
Потери	Vпотерь	-	-	145
Полезный	Vплз	-	-	1078

1. Водосборная площадь – это часть площади, поверхностный сток с которой поступает в проектируемый водоем выше створа плотины. Она ограничивается водосборной линией. Площадь водосбора проектируемого водоема определяют геометрическим методом. Для этого всю площадь водосбора разбивают на трапеции с высотой 2 см. подсчитав площади отдельных трапеций и суммировав их, получают площадь всей фигуры. Площадь водосбора выражается в гектарах с учетом масштаба плана.

S = ½ (а + в)h

S _{водосбора} = 95,9 см² = 2398 га.

2. Годовой объем стока поверхностных вод (Vраб, м³) с водосборной площади, равный рабочему объему пруда, рассчитывается по формуле:

Vраб = 10 х hст х W, где

hст – слой стока года 80% обеспеченности, мм;

W – площадь водосбора, га.

Vраб = 2398 х 51 х 10

Vраб = 1223 тыс. м³

3. Мертвый объем (Vмо, м³) – это придонная часть объема воды в водоеме, которая не расходуется на орошение. По санитарным требованиям глубина мертвого объема принимается не менее 3 м.

Нмо = hдна водоема + 3м

Нмо = 8 + 3 = 11 м

Vмо = 50 тыс. м³

Зная мертвый объем воды, по графику определяют отметку воды в водоеме и площадь затопления.

4. Полный объем воды (Vполн, м³) находим по зависимости:

Vполн = Vмо + Vраб

Vполн = 50 + 1223

Vполн = 1273 тыс. м³

Зная полный объем, по графику находят отметку уровня воды в водоеме, которая соответствует нормальному подпорному уравнению (НПУ) и площади зеркала воды.

5. Полезный объем воды (Vплз, м³) или объем, используемый на орошение, рассчитывают по зависимости:

Vплз = Vраб – (Vℓ + Vф), где

Vℓ - испарение с поверхности водоема, м³;

Vф – потери на фильтрацию воды через берега и дно водоема, м³.

Объем воды на испарение (Vℓ, м³) вычисляется по зависимости:

Vℓ = 10 х ℓ80% х Wср, где

ℓ80% - годовой слой испарения, который находят по карте испаряемости;

Wср – средняя площадь (га) зеркала воды в водоеме.

Wср = (Wмо + WНПУ) / 2

Wср = (2,5 + 30) / 2

Wср = 16,3 га

Vℓ = 10 х 490 х 16,3

Vℓ =80 тыс.м³

Потери воды на фильтрацию (Vф, м³) через ложе водоема рассчитывают по формуле:

Vф = 10 х hф х Wср, где

hф – слой воды, расходуемый на фильтрацию из водоема, мм.

Vф = 10 х 16,3 х 400

Vф = 65,2 тыс. м³

Vплз = 1223 – (80 + 65,2)

Vплз = 1078 тыс. м³

Эта величина зависит от водопроницаемости грунтов ложа водоема. Для глины эта величина равна 400 мм.

6. Коэффициент полезного действия водоема η определяют по зависимости:

η = Vплз / Vраб ; η = 0,7 – 0,9

η = 1078 / 1223 = 0,9

Коэффициент  = 0,9 вошел в пределы 0.7 – 0.9 значит проектирование водоема и его площади правильно.

10.2. Конструкция и параметры земляной плотины

Для прудов проектируют земляные платины. В проекте рассчитывают высоту плотины, подбирают коэффициенты заложения откосов и ширину плотины по верху.

Конструкции 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 откос ее принимают более пологим, чем сухой.

У плотины, построенной из тяжелого суглинка высотой до 10 метров, принимаем коэффициенты заложения откосов сухого 2 и мокрого 3, а ширина по верху 4 м. а = 3м

НПУ=20м

НМО=11м 3 4

2 1 h = 13,9м

НД=8м

Рис. 10. Поперечный профиль плотины.

1 – гребень плотины; 4 – сухой сток;

2 – подошвы; 5 – линия НПУ;

3 – мокрый сток; 6 – линия НМО;

а – ширина гребня плотины; в – ширина плотины по подошве.

Запас высоты (hзап.) плотины над нормальным подпорным уровнем (VНПУ = Vполн.) рассчитывают по зависимости:

hзап.= h1 + h2 + h3, где

h1 – кратковременное переполнение водоема во время весеннего паводка,

h1 = (0,4 – 1,0) беру 0,4 м;

h2 – капиллярное не промачивание гребня плотины,

h2 =(1,0 – 1,5) беру 1,0 м;

h3 – величина, учитывающая накат и нагон волны ветром,

h3 =(0,5 – 1,0) беру 0,5 м.

Обычно величину запаса рассчитывают для самого не благоприятного сочетания указанных трех факторов.

hзап.= 0,4 + 1,0 + 0,5 = 1,9 м

Отметка гребня плотины:

Нгр. = НПУ + hзап.

Нгр. = 20 + 1,9 = 21,9 м

Высота плотины:

h = Нгр. – Нд, где

Нд – отметка подошвы плотины.

h = 21,9 – 8 = 13,9 м

Ширина плотины по подошве (в) в поперечном сечении:

в = φм х h + φс х h + а, где

φм, φс – коэффициенты заложения мокрого и сухого откосов;

h – высота плотины, м;

а – ширина гребня, м.

в = 3 х 13,9 + 2 х 13,9 + 3 = 72,5 м

Мокрый откос крепят бетонными плитами или камнем, сухой – покрывают дерном или засевают травой.