- •Расчётно-графическая работа по дисциплине инженерное обустройство терртитории
- •Введение
- •1. Проектирование пруда и определение режима его работы
- •1.1. Выбор места створа плотины
- •1.2. Расчет притока воды в пруд
- •1.4. Оросительная способность водохранилищ
- •2. Расчет земляной плотины
- •2.1. Определение размеров элементов плотины
- •2.2. Составление поперечного и продольного профилей плотины
- •2.3. Составление плана основания плотины
- •2.4. Определение объема земляных работ.
- •3. Расчет водосбросов
1.1. Выбор места створа плотины
При проектировании водохранилищ и прудов на местном стоке большое значение имеет правильно выбранное место под водохранилище, так как оно во многом определяет надежность работы всей оросительной системы.
Перед проектированием водоема производится ряд изысканий на местности. Эти изыскания включают: выбор места створа плотины и получение гидрогеологических характеристик ложа будущего водоема (Рис. 1).
Створ плотины выбирается с учетом следующих требований:
1. Плотина должна быть расположена по возможности ближе к потребителю.
2. Плотина должна располагаться в самом узком месте балки, что обеспечит минимум земляных работ.
3. Продольный уклон дна балки в месте устройства пруда не должен превышать 0.005.
4. Грунты в основании и ложе водохранилища должны быть слабоводопроницаемыми.
5. Высота плотин сельскохозяйственных прудов не должна превышать 15 м.
6. Вода должна быть пригодной для орошения, её количество должно полностью удовлетворять потребность.
Рис. 1 Карта водосборной площади М 1:50000
Сечение рельефа – 5 метров
- Зона затопления
Площадь водосбора = 29,5 км2
Место для водоема можно считать пригодным, если ложе и склоны балки сложены водоупорными породами (глинами, суглинками) с коэффициентом фильтрации Кф = 0.01 м/сутки. Мощность залегания данных пород должна быть не менее 3-4 м.
Если полевые исследования фильтрационных свойств грунта не про- водились, слой фильтрационных потерь принимается равным:
- для водопроницаемых пород (песок, супесь) - 1...2 м/год и более;
- для суглинков – 0.5 ... 1.0 м/год (2...3 мм/сутки);
- для глинистых грунтов – 0.5 м/год (1...2 мм/сутки).
На основании гидрогеологических изысканий делается заключение о пригодности выбранной балки для устройства на нем водохранилища.
1.2. Расчет притока воды в пруд
Рассчитать ожидаемый приток воды в пруд от весеннего снеготаяния можно по формуле:
W = 1000 ·hс ·F1, м³ ;
где hс - слой весеннего стока при 85%-ной обеспеченности, мм;
F - площадь водосбора, км2.
Слой весеннего стока hс определяется:
hс = ·Кр, мм ;
где - норма весеннего стока;
Кр - модульный коэффициент.
Норма весеннего стока () берется по карте изолиний нормы стока для своего района (приложение 1). Если < 50 мм, вводится поправочный коэффициент, который выбирается по графику (приложение 2 или 3) в зависимости от величины водосборной площади и нормы весеннего стока.
Например: для Сергиевского района = 50 мм. Это величина равна 50 мм, следовательно поправка будет равна 1,0.
= 50 · 1.0 = 50 мм
Модульный коэффициент Кр изменяется в зависимости от коэффициента вариации СV, и расчетной обеспеченности, на которую рассчитывается пруд (для сельскохозяйственных прудов Р = 85%).
Коэффициент вариации весеннего стока показывает размах колебаний значений годового стока относительно нормы стока. Значения его колеблются в зависимости от климатической зоны, степени обводнения территории и т.п. Для водосборов, площадь которых меньше 100 км2 , как в нашем случае, полученное по карте значение СV умножается на 1.25 для учета местных условий.
В нашем примере: СV = 0.5, что с учетом местных условий составит:
СV = 0.5 · 1.25 = 0.6 (СV определяется с точностью до 0.1).
В нашем примере коэффициенту вариации С„ = 0,6 соответствует модульный коэффициент Кр = 1
Слой весеннего стока для 85%-ной обеспеченности:
hс = · Кр = 50 ·0,6 = 30 мм
Объем весеннего стока:
W = 1000 · hс · F1 = 1000 · 30 · 29,5 км2 =885000 м3
Именно на этот объем (885000 м3) необходимо рассчитать пруд. Все расчеты сводим в таблицу 1.
Таблица 1.
Расчет притока воды в пруд (район Сергиевский)
Показатели |
Ед. измерения |
Расчетные величины |
1. Площадь водосбора (F1) |
км2 |
29,5 км2 |
2. Норма весеннего стока () |
мм |
55 мм |
3. Поправочный коэффициент весеннего стока |
- |
1 |
4. Коэффициент вариации (СV) |
- |
0.5 |
5. Расчетная обеспеченность (Р ) |
% |
85% |
6. Коэффициент вариации с учетом поправки на местные условия 7. Модульный коэффициент (Кр) 8. Слой весеннего стока (hс) 9. Объем весеннего стока |
-
- мм м3
|
0.6
1 30 885 тыс.
|
1.3. Определение объемов пруда и режима его работы
Полный объем водохранилища (пруда) определяют как сумму полезного объема (Wполезн.), мертвого объема (Wумо) и объема потерь воды на испарение и фильтрацию (Wпот.).
Полезный объем складывается из объемов воды на орошение и водоснабжение.
Сумма полезного объема и объемов потерь воды на испарение и фильтрацию определяется как рабочий объем. Полный объем воды в пруду определяется как сумма объемов отдельных горизонтов воды в нем.
Для этого на план водоема в масштабе 1:5000 или 1:2500 с горизонталями через 1 м (Рис. 2 и 3) наносят ось плотины и определяют все площади, заключенные между осью плотины и каждой горизонталью.
Рис. 2. План участка водоема
М 1:5000
Сечение рельефа – 1 метр
Рис. 3. Определение объемов воды в пруду
Объемы по каждому слою равны:
W1 =
W2 = и т. д.
Объем последнего слоя, заключенного между последней горизонталью и ложем пруда, получают по формуле:
Wn = 1/3 ·Fn ·h ;
где: F1, F2 , Fn – площади водного зеркала ограниченные горизонталями, м2;
h - глубина воды (сечение горизонталей).
Сумма всех послойно определенных объемов дает общий (полный) объем водохранилища (пруда).
Все вычисления заносим в таблицу 2.
Таблица 2
Определение объема воды в пруду
Отметка уровня воды у плотины Н, м |
Площадь водного зеркала F, м2 |
Средняя площадь Fср, м2 |
Высота слоя воды между соседними горизонталями h, м |
Объем воды в слое W, м3 |
Объем воды при соответствующей отметке горизонтали W, тыс. м3 |
99.4
100.0
101.0
102.0
103.0
104.0
105.0
106.0
107.0
108.0
109.0
110.0 |
0
1025090
1745833
2764583
4219583
5363750
6450833
8271875
10100000
13728123
15225000
18138500 |
512545
1385461
3128262
3492083
4791666
5907291
7361354
9185937
11914062
14476562
16681750 |
0.6
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0 |
307527
1385461
3128262
3492083
4791666
5907291
7361354
9185937
11914062
14476562
16681750 |
0
307.5
1692.9
4821.2
8313.3
13104.9
19012.2
26373.6
35559.5
47473.6
61950.20
78631.9 |
Рис. 4. График зависимости объемов воды и площадей водного зеркала от глубины наполнения пруда
По оси ординат в масштабе 1:100 откладывают отметки уровней воды Н, по оси абсцисс - площади водного зеркала F и объемы W в произвольном масштабе.
На графике отмечаются три нормативных (характерных) уровня:
УМО - уровень мертвого объема;
НПУ - нормальный подпорный уровень;
ФПУ - форсированный {максимальный) подпорный уровень.
Глубина мертвого объема сельскохозяйственного пруда обычно принимается равной 1....2 метра. В нашем примере примем 1.8 м, тогда:
НУМО = 99.4 + 1.8 = 101.2 м
На графике такой отметке соответствует объем 3302 тыс. м3, и площадь водного зеркала FУМО = 1976 тыс. м2.
Отметка нормального подпорного уровня − это отметка, до которой поднимается вода в пруду при его расчетном наполнении. В нашем примере расчетное наполнение – 87120 тыс. м3. Такому наполнению соответствует отметка 109.6 м на графике, по которой площадь водного зеркала составит:
FНПУ = 16692 тыс. м2
Форсированный подпорный уровень для сельскохозяйственных прудов выбирается на 1 метр выше ННПУ. Таким образом, НФПУ = 110.6 м.
Такой отметке на графике соответствует WФПУ = 84000 тыс. м3 и площадь водного зеркала FФПУ = 19750 тыс. м2.
В нашем примере рабочий объем пруда:
Wраб. = Wполн. – WУМО = WНПУ – WУМО = 70725 тыс. м3 – 2475 тыс. м3 = 68250 тыс. м3
Для определения полезного объема первоначально определяют потери воды на испарение и фильтрацию.
Фильтрационные потери принимаются в зависимости от водопроницаемости грунтов, слагающих дно и берега пруда, и определяются как произведение слоя фильтрации на среднюю площадь зеркала пруда.
В нашем примере, при слабоводопроницаемых грунтах объем потерь воды на фильтрацию составит:
Wф = м3
Потери на испарение определяются по формуле:
Wисп.= Fисп · hисп. ;
где hисп - слой потерь на испарение;
hисп = 0.0018 ·(25 + t)2· (100 – а), мм/месяц;
где t - среднемесячная температура, °С;
а - среднемесячная относительная влажность воздуха, %
В условиях Самарской области слой потерь на испарение составляет приблизительно 0.4 м/год для северных и центральных районов и 0.5 м/год для южных районов.
В нашем примере:
Wисп. = тыс. м3 в год.
Общий объем потерь:
Wпотерь = Wф + Wисп. = 4530,5+ 4084,4 = 8614,9 м3
Полезный объем пруда:
Wполезн. = Wраб. – Wпотерь = 83818 – 8614,9 =75203,1 м3
Таким образом, из пруда для орошения и прочих хозяйственных нужд можно взять 75203,1 м3 воды в год.