Проектирование плотинного пруда на местном стоке

ВВЕДЕНИЕ

Для проведения мероприятий по искусственному пополнению запаса воды в почве с помощью зарегулирования временных водотоков необходимо строительство специальных гидротехнических сооружений. К гидротехническим сооружениям, способствующим улучшению водного, воздушного, питательного и теплового режимов почв, относятся плотины, осушительные и оросительные сооружения, каналы, водосливы, быстротоки и пр.

В засушливых районах юга и юго — востока европейской части России используют воды местного стока, образующиеся в результате таяния снега и выпадения дождей. Чтобы сохранить эти бесполезно стекающие воды, устраивают водохранилища, позволяющие осуществлять сезонное, годичное или многолетнее регулирование стока.

Прудовые или водохранилищные сооружения обычно включают глухую плотину (чаще земляную), водосборные сооружения для отвода излишней воды в период паводков, водозаборные устройства в виде водовыпусков, насосную станцию для зоны машинного подъема воды на орошение.

Земляные плотины получили широкое распространение из — за ряда преимуществ: использование местных строительных материалов; простота конструкций, позволяющая создать плотины практически любой высоты и производить следующее наращивание гребня за счет досыпки со стороны низового (сухого) откоса; возможность постройки почти на любых основаниях (глины, супеси, суглинка и др.) без тщательной их подготовки; прочность и долговечность.

Основными недостатками земляных плотин являемся устройство дорогостоящих водосборных сооружений, т. к. по конструкции они относятся к глухим и не допускают перелива воды через гребень.

Собранная в прудах вода может быть использована для различных целей:

а) орошение садов, питомников и с/х угодий;

б) снабжение водой населенных пунктов;

в) водопой животных и водоснабжение животноводческих ферм;

г) разведение рыбы и водоплавающей птицы;

д) тушение пожаров.

Кроме того, пруды и водохранилища уменьшают эрозионные процессы, улучшают микроклимат и эстетический вид местности, создают оптимальные условия для отдыха.

1. ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ РАСЧЕТ При водохозяйственном расчете пруда определяют потребный объем воды для различных нужд, в том числе орошение питомника, здесь же рассчитывается мертвый объем, объем воды в пруду, а также правильность выбора места под строительство плотины.

1.1 Расчет бытового водоснабжения Объем воды на хозяйственные нужды определяется в зависимости от вида потребностей, их количества и норм потребления. Среднесуточные нормы хозяйственно-питьевого водопотребления на единицу указаны в табл. 1, согласно СНИП и специальной справочной литературе.

Таблица 1

Годовое водопотребление для различных хозяйственных нужд

Для тушения пожаров в поселках на каждую тысячу жителей принимают объем воды, выливаемой через две пожарные струи, с расходом на каждую 2,5 л/с при продолжительности тушения пожара 2 часа и рассчитываем:

2,5л/с* 7200 с *2

Vn = — = 36 м³,

Vo = Vn * n=36*5,33=192 м3

где: Vn — объем воды на тушение пожаров на 1 тыс. жит.;

Vo — общий объем воды на пожары;

n — количество жителей в тыс. чел.

Средняя поливная норма — количество воды на 1 га орошаемой площади за один полив — определяется по формуле:

m = 100*H*? *(rПР — rО) где Н — слой пропитывания почвы. Для посевных отделений питомников в среднем равен 0,20…0,25 м, а для садов — 0,30…0,35 м;

? — объемная масса почвы (табл. 2), т/м ;

rПР — предельная полевая влагоемкость (влажность почвы после полива) в процентах от сухой массы почвы, % ;

rО — влажность почвы до полива, равная двойной максимальной гигроскопичности (табл. 2), %.

Определим среднюю поливную норму для питомника:

mп = 100*0,2*1,45*(22 — 14)=232 м3/га Определим среднюю поливную норму для сада:

mс = 100*0,3*1,45*(22 — 14)=348 м3/га, Оросительная норма — количество воды на 1 га орошаемой площади за оросительный период определяется по формуле:

Мор = m*n,

где: m — средняя поливная норма, м3/га;

n — число поливов за оросительный период, равное для орошения питомников 5…12 и полива садов 2…4.

Определим оросительную норму для питомника:

Морп=232*7=1624 м3/га Определим оросительную норму для сада:

Морс=348*4=1392 м3/га Объем воды на орошение устанавливается в зависимости от оросительной нормы и величины орошаемой площади и вычисляется по формуле:

Vор=F* ,

где: F — орошаемая площадь, га;

Мор — оросительная норма, м3/га;

ккоэффициент полезного действия оросительной системы, равный 0,6…0,9.

Vорп=29*=67 280 м3;

Vорс=28*=55 680 м3.

Результаты всех вычислений заносят в табл. 1, где итоговая цифра показывает полное годовое потребление воды на бытовые нужды (Wвп), м .

1.2 Мертвый объем воды в пруду Мертвый или постоянный запас воды в пруду должен быть таким, чтобы летом глубина воды была не менее 1,5…2,0 м (санитарная норма), а зимой — не менее 0,7…1,0 м, не считая слоя воды на льдообразование. Толщина льда для Центрально — Черноземных областей принимается 0,5…0,7 м.

Слой воды на заиление устанавливается по аналогии с существующими прудами, специальными расчетами в зависимости от слоя твердого стока очистки прудов. При облесенном целинном водосборе средний годичный слой заиления равен 1,7…4,0 см, а при распаханном 20…22 см в год. Чистка прудов предусматривается через 15…20 лет. Следовательно, при оптимальных условиях слой на заиление равен 0,2…0,5 м.

Постоянный запас воды в прудах для Центрально-Черноземных областей принимается в следующих размерах:

а) для зимовки рыбы — 1,8…2,0 м;

б) на образование льда — 0,5…0,7 м;

в) на заиление — 0,2…0,5 м.

В среднем глубина мертвого объема (W мо) пруда составляет 2,5…3,2 м.

Чтобы получить мертвый объем в м3, необходимо построить кривые зависимости площади зеркала и объема воды в пруду от его наполнения. Примем W мо= 3 м по глубине у плотины.

1.3 Определение объема балки и построение кривых зависимости зеркала и объема воды в пруду от его наполнения Объем чаши пруда можно вычислить через площадь зеркала пруда при различном его наполнении. С помощью планиметра, миллиметровки или палетки определяется площадь каждой горизонтали, ограниченной осью плотины. Имея размеры площади зеркала по каждой горизонтали, производим вычисление объема пруда или емкости балки.

При определении площади зеркала для каждой горизонтали планиметром предварительно находится цена его деления. Для этого на листке бумаги вычерчивается квадрат 5×5 см, что в масштабе 1:5000 составит площадь 62 500 м². Затем по часовой стрелке планиметром обводим замкнутый контур и получаем площадь квадрата в делениях планиметра. Эта операция выполняется дважды, с целью контроля. Первая и вторая величины не должны отличаться друг от друга больше, чем на 5 делений. После этого определяем из двух показаний среднюю величину площади квадрата в делениях планиметра. Отношение 62 500 м² к величине площади в делениях планиметра дает нам площадь одного деления планиметром в м2, или цену его деления. После этого производим 2-кратное измерение площади каждой горизонтали. Полученные результаты заносим в табл. 2.

Таблица 2 Определение площади зеркала пруда

Определение объема вместимости балки производим на основании площадей зеркала по каждой горизонтали и толщины слоя воды между смежными горизонталями (табл. 3).

Таблица 3. Определение полного объема вместимости воды балкой

На основании полученных данных строим кривые зависимости площади зеркала и объема воды от глубины наполнения, используя графы 2 и 6 из табл. 4. В результате построения кривых мы получаем так называемые батиграфические характеристики водохранилища (прил. 3).

1.4 Определение потерь воды из пруда на испарение и фильтрацию Суммарные потери на испарение и фильтрацию можно определить двумя путями:

а) в виде слоя воды, м;

б) в процентах от объема пруда.

Испарение, как известно, зависит от температуры воздуха, скорости и направления ветра, района расположения пруда. Объем воды на испарение для Центрально-Черноземной зоны по данным Зайкова Б. Д., Давыдова В. К. составляет 0,6…0,8 м.

Потери воды на фильтрацию для аналогичных условий в зависимости от характера грунтов балки и глубины залегания водоупора. Особенно большая фильтрация наблюдается в первые годы после строительства пруда, а затем по мере заиления она уменьшается. В целях борьбы с фильтрацией применяют ряд специальных мероприятий по созданию водонепроницаемого экрана на дне пруда (экраны из суглинка, глины, битума, бетона, полиэтилена и др.).

Суммарные потери (испарение плюс фильтрация — W и.ф.) для Центрально-Черноземных областей составляют n = 15…30% (n — согласно варианту задания) от постоянного (Wмо) и водохозяйственного Wвп) объемов. Запас постоянного объема в м3 определяется по графику (приложение 3) через принятый слой мертвого объема в метрах, а водохозяйственный объем — из табл. 1. Расчет ведем в следующем порядке:

Wисп===67 201 м3

1.5 Проверка правильности выбора места под плотину Выбор места под плотину определяется хозяйственно-экономическими соображениями, величиной водосборной площади и стоком с нее, топографией местности и геологическими условиями. Объем стока, поступающего с водосборной площади, должен обеспечивать наполнение пруда до расчетных отметок.

Объем расчетного поверхностного весеннего стока находится по формуле:

Wст = 1000*h*F=1000*36*43=1 548 000 м3,

где: 1000 — переводной коэффициент для выражения объема стока, м ;

h — поверхностный сток, 36 мм;

F — водосборная площадь, км2.

Слой весеннего поверхностного стока hмм находится по карте «Нормы весеннего поверхностного стока» (прил. 4) в зависимости от координат места строительства пруда. Координаты места строительства пруда и площадь водосбора принимаются согласно варианту задания.

Рекомендуемая расчетная вероятность (W80%) поверхностного стока обычно составляет 80%. Это значит, что 80 лет из 100 сток паводковых вод будет равен или больше расчетного значения из формулы:

W80% =Wст*К80%=1 548 000*0,17=263 160 м3,

где: WCT — объем расчетного поверхностного стока, м ;

К80% - коэффициент вариации поверхностного стока.

Рассчитаем объем нормального проектного горизонта:

WНПГ=Wвп+Wмо+Wисп=285 689+68000+67 201=420890м3

В связи с тем, что по расчетам получилось больше W80% нужно подобрать новое место под строительство с большим водосбором.

фильтрация дождевальный пруд канал

2. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ Земляная плотина — это насыпь поперек балки, имеющая в поперечном сечении форму неравнобокой трапеции, и состоящая из следующих элементов: гребня, основания (подошвы), высоты, длины, верхового (мокрого) и низового (сухого) откосов. Для предупреждения повышенной фильтрации в основании плотины строится зуб или замок. Все элементы плотины подвергаются расчетам. Кроме того, в этой главе приводится расчет плотины на сдвиг (устойчивость).

2.1 Высота плотины Расчет высоты плотины (Нпл) учитывает максимальные параметры весеннего паводка и производится по формуле:

Нпл=hнпг+hмпг+hв+h c. з где: hмпг — превышение максимально проектного горизонта над отметкой НПГ, которое снимается с графика в м. (прил. 3) по объему W80%.

hнпг — глубина полного объема пруда при отметке нормального проектного горизонта, снятого с графика (прил. 4), м;

hв — высота захлестывания волн рассчитывается по формуле где: L — длина пруда в км снятия с плана пруда;

hс.з — высота превышения гребня плотины (сухой запас) выше расчетного уровня, равная 0,5…0,8 м.

Нпл =7,4+1+0,9+0,6=9,9 м

2.2 Ширина гребня плотины Плотина, перегораживающая водоток, балку, овраг, создает условия для удобного сообщения между их берегами. Поэтому обычно по гребню плотины строят проезжую грунтовую дорогу. Ширина гребня (Вгр) плотины зависит от класса проходящей дороги и рассчитывается по формуле:

Вгр=2+= 2+=2+3,1=5,1 м

2.3 Откосы плотины Правильность в выборе коэффициентов заложения откосов играет большую роль в устойчивости плотины. Сильно крутые откосы могут оказаться недостаточно устойчивыми и могут обрушиться, тогда как пологие вызовут излишнее увеличение объема тела плотины. Поэтому крутизна откосов выбирается с большой тщательностью, а для плотин с высотой более 10…15 м проверяется специальными расчетами.

Устойчивость откосов зависит от крутизны, высоты, физико-механических свойств грунта, влажности отдельных зон откосов, а также положения и фильтрационного потока в теле плотины.

Коэффициенты заложения откосов:

верховой (mc)=2,5

низовой (mм)=3

2.4 Основание плотины Ширина основания плотины также зависит от высоты плотины и коэффициентов заложения откосов и рассчитывается по следующей формуле:

Восн = dс + Вгр +dм=24,8+5,1+29,7=59,6 м, где: dс — основание или заложение сухого (низового) откоса плотины, равное:

dс = mс*Нпл=2,5*9,9=24,8, м, где: mс — коэффициент заложения низового откоса (2,5);

ам — основание мокрого (верхового) откоса плотины, равное:

dм= mм*Нпл=3*9,8=29,7, м,

mм — коэффициент заложения верхового откоса (3);

Вгр. — высота гребня плотины, м;

Нпл. — высота плотины полная, м.

2.5 Замок плотины Замок, или зуб плотины имеет форму равнобокой трапеции и устраивается в средней части днища плотины поперек балки. При проектировании следует придерживаться следующих габаритов замка: ширина замка по верху — 2,5…3,0 м, ширина по низу — 1,0 м, длина замка ограничивается уровнем нормального проектного горизонта (НПГ). Высота замка равна глубине залегания водоупорного горизонта плюс 0,5 м, т. е. замок должен входить на 0,5 м в водоупорный горизонт.

2.6 Осадка тела плотины При строительстве плотины грунт доводится с помощью механизмов до определенной плотности, в дальнейшем с увеличением высота плотины почти не уплотняется. Зато со временем происходит уплотнение грунта до естественной плотности. Его осадка, иногда весьма значительная, требует дополнительных объемов земли. Поэтому необходимо увеличить высоту плотины и отметки гребня ее против проектных в среднем на 7…12%.

Следовательно, высота свежеотсыпанной плотины будет равна:

Нстр = Нпл + n * Нпл=9,9+0,1*9,9=10,9 м, где: n — величина усадки от высоты плотины (0,1).

2.7 Проверка устойчивости плотины на сдвиг Устойчивость плотины на сдвиг зависит от высоты плотины, крутизны откосов и физико-механических свойств грунта. Крутизна откосов оказывает существенное влияние на объем и стоимость плотины. Слишком крутые откосы могут оказаться неустойчивыми и обрушиться. Следовательно, откос должен иметь предельную крутизну, удовлетворяющую требованиям как устойчивости, так и экономичности плотины.

Расчет устойчивости ведется на один погонный метр плотины считая, что оставленная часть плотин находится в менее экстремальных условиях. Расчет выполняется в следующем порядке:

а) горизонтальная составляющая сил гидростатического давления, т:

Pг===26,6 т, где: Нв — глубина воды при НПГ, м;

? — удельный вес воды, равный 1 т/м3;

б) вертикальная составляющая сил гидростатического давления, т:

Рв===79,9 т, где: L — проекция части откоса плотины, находящаяся под водой, на горизонтальную плотность, равная L = mм*Ннпг=3*7,3=21,9;

в) собственный вес плотины, т:

G=?гр ()=1,7()=544,5 т, где: Вгр — ширина гребня плотины, м;

Восн — ширина плотины по основанию, м;

?гр — объемный вес грунта тела плотины, приблизительно равный 1,7 т/м3.

г) Сила трения на подошве, т:

T=f*G=0,5*544,5=272,3 т, где: f — коэффициент трения, равный 0,5;

д) Коэффициент устойчивости на сдвиг:

Ксд===10,2

Допустимая величина Ксд должна быть равна или больше 1,2…1,5.

3. РАСЧЕТ ВОДОСБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ При глухих земляных плотинах устраивают водопропускные сооружения для следующих целей:

а) отвод излишних паводковых вод;

б) полезных пропусков для орошения, обводнения;

в) спуска воды при полном или частичном опорожнении прудов.

Сооружения, служащие для сброса лишних паводковых вод, называются водосборными, или водосбросами. Забор воды из пруда на орошение, водоснабжение, обводнение и другие нужды осуществляется с помощью водозаборов или водовыпусков. Для полного или частичного опорожнения пруда с целью осмотра и ремонта сооружений, отлова рыбы или санитарной очистки строят водовыпуски или донные выпуски.

Водосброс с подводящим (обводным) каналом состоит из водослива, дно входной части которого располагается на отметке нормального проектного горизонта (НПГ), водоподводящего (водоотводящего) канала и сбросного сооружения (быстротока, многоступенчатого перепада или консольного водосброса), а также участка канала, отводящего воду в тальвег балки, овраг или реку. Все эти сооружения, образующие водосбросной тракт, строят в обход плотины по склону местности так, чтобы при минимальном объеме и стоимости работ были обеспечены удобный отбор воды из пруда и надежная работа всех элементов сооружений.

3.1 Определение ширины отверстия водослива Ширина отверстия водослива определяется в зависимости от величины сбросного расхода воды из пруда. Пруд оказывает трансформирующее влияние на величину максимального расхода воды, и поэтому величина сбросного расхода определяется по формуле:

Qсбр.=Qp%(1-),

где: Wсл.пр. — объем сливной призмы, равный W мпг — Wнпг, м3;

Wсл.пр.=Wмпг-Wнпг=592−456=136 м3

Wнпг — полный объем пруда при нормальном проектном горизонте, м3;

Wмпг — объем пруда при максимальном проектном горизонте, м3;

Qр% - максимальный расход воды весеннего половодья 5-процентной обеспеченности, м3/с;

Максимальный расход воды весеннего половодья заданной обеспеченности определяется по формуле:

Qp%= *F,

где: 0,01 — коэффициент для выражения максимального расхода, м3/с;

F — площадь водосбора, км2;

hр — слой стока в мм весеннего половодья 5-процентной обеспеченности, определяемой по формуле:

hp=Kp%*h,

где: Кр% - модульный коэффициент 5-процентной обеспеченности, взятый из таблицы Рыбкина, в зависимости от коэффициента вариации весеннего стока Сv=1,2

h — поверхностный сток, снятый с карты «норма весеннего склонового стока» 29 мм.

hp=3,31*29=95,99 мм;

Q5%=*43=16,1 м3/с;

Qсбр=16,1()=16,1*0,7=11,27 м3/с.

Ширина отверстия водослива определяется по формуле водослива с широким порогом:

B===7,3 м, где: m — коэффициент расхода водослива с широким порогом, равен

0,32…0,35;

в — ширина отверстия водослива, м;

g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;

H — напор на водосливе, равный превышению максимального проектного горизонта над нормальным проектным горизонтом, м.

3.2 Расчет сечения водоподводящего канала Водоотводящий канал в естественном русле имеет трапецеидальную форму (наиболее устойчивая при размывающих скоростях) и продольный уклон 0,001. Расчет сечения канала ведется в следующем порядке:

? ===12,5 м²;

в===11,5 м.

где:? — площадь живого сечения канала, м2;

Vо — допустимая скорость течения воды в канале, равная 0,2−0,9 м/с в зависимости от слагающего дно и стенки канала грунта;

Qсбр. — максимальный расход воды, м3/с;

m — коэффициент заложения откосов канала трапецеидальной формы, равен 1…1,5;

hо — максимально допустимая глубина воды в канале — 1 м.

3.3 Расчет ступенчатого перепада При сбросе излишка паводковых вод для предотвращения размыва берегов и дна балки устраивается ступенчатый перепад. Перепад представляет ступеньки длинной, шириной и высотой 1 м. Количество ступеней равно разности между отметками hнпг — и отметкой дна пруда, поделенной на высоту ступени.

n===7

Нгр=дно балки+Нпл Нгр=24,1+9,9=34 м.

4 СТРОИТЕЛЬНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ РАБОТЫ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ПЛОТИНЫ После проведения детальных расчетов высоты, ширины, длины, откосов и других параметров тела плотины, приступают к определению объема земляной насыпи, переноса проекта на местность к строительству плотины вместе с сопутствующими сооружениями.

4.1 Определение объема плотины Объем насыпи земляной плотины ориентировочно можно подсчитать по следующей приближенной формуле:

W=()*Нпл*,

где: Вгр — ширина плотины по гребню, м;

Восн — ширина плотины по основанию в самом глубоком месте, м;

Нпл — высота плотины в самом глубоком месте балки, м;

L — длина плотины по гребню, м.

Более точно объем земляных работ по устройству насыпи плотины подсчитывается по формуле:

W=*L,

где: W — объем земляной насыпи между смежными сечениями, м3;

S1 и S2 — площади сечения насыпи на 2-х смежных пикетах, м2;

L — расстояние между смежными сечениями (секциями), м.

Для удобства расчетов сечения назначаются через 20 м по длине плотины. Отметки поверхности почвы по сечениям снимаются с продольного разреза плотины (прил. 9). Суммируя частные объемы между смежными сечениями, находим полный объем тела плотины. Результаты вычислений записываем в таб.8.

Таблица 4

4.2 Перенос плана плотины на местность Перенос плана плотины на местность начинается с разбивки — проектирования оси плотины в самом узком месте балки. Для этого на обоих берегах балки несколько выше гребня будущей плотины на ее оси вкапывают по столбу. Затем между этими столбами провешивают прямую линию и ставят вешки через 5…10 метров. При этом необходимо одну из вешек установить обязательно в самое низкое место балки.

После этого на чертеже находят расчетную ширину плотины по верху (по гребню). На местности (по дну и берегам балки) намечают положение будущих откосов плотины — мокрого и сухого.

От вешки, установленной на оси плотины (в самом низком месте балки), откладывают (под прямым углом к оси плотины) в сторону сухого откоса расстояние, равное половине ширины гребня плотины плюс двойное заложение откоса. Аналогично отмечают расстояние против каждой вешки вниз и вверх и в конце промеров ставят колышки. Отметив прямую линию между двумя соседними колышками, получим линию, по которой откос плотины будет пересекаться с дном балки.

Внутреннее пространство, ограниченное колышками, стоящими по границам сухого и мокрого откосов, будет служить основанием плотины.

Аналогичным образом переносят на местность план водосбросного сооружения — водослив с широким порогом, водоподводящий (водоотводящий) канал и водосборное сооружение в виде многоступенчатого перепада прямоугольного сечения.

4.3 Строительство плотины Работа по постройке плотины производится следующим образом: на месте, намеченном под плотину, снимается растительный слой толщиной 30 см, удаляются кустарники, пни, корни и т. д. Имеющийся на участке дерн с густой и крепкой корневой системой вырезается кирпичиками размером 30×50 см. Дерн в дальнейшем будет использован для одерновки сухого откоса плотины и для крепления мокрого откоса выше зоны волнобоя. Для хранения его складывают в штабеля травой к траве.

Для предотвращения фильтрации по водоносному горизонту на всю его глубину — плюс 0,5 м водоупора устраивается замок. Поперек балки в ее откосах и по дну выбирается трапецеидальная канава (траншея) для устройства замка.

После выкопки траншеи под замок грунт можно использовать для сухого откоса, а траншею заполняют глиной слоями до 20 см, слегка смачивая водой и послойно утрамбовывая. Закончив заполнение траншеи до уровня дна балки, начинают насыпать тело плотины. Насыпной грунт хорошо утрамбовывается или прикатывается тяжелыми катками. От плотности укатки зависит водонепроницаемость и устойчивость плотины, поэтому сухой насыпной грунт во время укладки слегка смачивается при послойной насыпке по всей длине и ширине плотины.

Насыпка тела плотины в холодное время года (при отрицательных температурах воздуха) не допускается. Грунт из карьера транспортируется автомашинами, бульдозерами, на тракторных прицепах, а на месте укладки равномерно разравнивается и уплотняется. Чистую глину в насыпь не применяют, потому что при высыхании она уменьшается в объеме, а смоченная — увеличивается. Поэтому, используя для отсыпки плотины глину, ее необходимо смешивать с песком, или формируют только ядро плотины с последующим перекрытием глины средним или легким суглинком.

Качество уплотнения грунта контролируется полевым плотнометром. Средняя плотность грунта должна быть не менее 1,6 т/м3. Кроме того, грунты в тело плотины укладываются с учетом их механических свойств. Более водоупорные отсыпают ближе к пруду, а худшего качества — в зоне низового откоса. Это затруднит проникновение фильтрационного потока в тело плотины и будет способствовать выходу воды из пределов ее низовой части.

В период эксплуатации прудов возможны повреждения гребня и откосов плотины, происходящие обычно в весенний период:

а) переполнение пруда и перелива воды через гребень плотины:

б) образование трещин в плотине (продольных и поперечных);

в) сползание низового откоса в результате сильного просачивания (фильтрации) воды через тело плотины;

г) просачивание воды у водосброса (водослива);

д) размыва водосбросной канавы.

Наиболее уязвимым местом является линия соединения земляного тела плотины со стенками водопропускных сооружений.

Все вышеперечисленные возможные разрушения должны быть вовремя отмечены и предупреждены.

5. ОРОШЕНИЕ ПИТОМНИКА Под способом орошения понимают комплекс мероприятий, обеспечивающих подачу воды к орошаемым культурам и распределение ее на орошаемом участке в целях увлажнения почвы. Способы орошения, применяемые в практике, разнообразны: дождевание, поверхностно-самотечное, мелкодисперсное, синхронно-импульсное, капельное, подпочвенное.

5.1 Дождевальные устройства, используемые в лесном хозяйстве В специфических условиях лесного хозяйства наибольшее применение получили передвижные дождевальные установки различного типа. Среди многообразия дождевальных устройств наиболее пригодны для орошения поливных площадей в лесном хозяйстве следующие: двухконсульная дождевальная машина ДДА-100 м, дождевальная установка «Радуга» (КИ-50), дождевальная широкозахватная конструкция «Волжанка» (ДКШ-64), дождевальные дальнеструйные машины ДДН — 45, ДДН — 70, ДДН — 100 и модификации всех перечисленных устройств. В садово-парковом и лесопарковом хозяйствах можно проводить орошение среднеструйными аппаратами ДА-2, ДН-1.

Согласно индивидуальному заданию, в данном курсовом проекте будем применять для орошения поливных площадей дождевальную машину ДДН-100.

Дальнеструйная дождевальная машина ДДН — 100 (дальнеструйный дождеватель навесной) агрегатируемая с трактором Т-150, Т-150К, Т-40А и ДТ-75М. Расход воды может изменяться от 85 до 115 л/с при напоре 65 м. Дальность отлета струи — 75−85 м. Расстояние между оросителями — 110−120 м, между позициями — 110−145 м. Интенсивность дождя — 0,27−0,38 мм/ мин. Машину ДДН-100 можно использовать как передвижную насосную станцию.

5.2 Расчет количества дождевального устройства В разделе 1.1 «Расчет бытового водоснабжения» настоящих методических указаний выполнен расчет средней поливной нормы (m) для конкретных условий. Объем воды на одноразовое орошение площади питомника устанавливается следующим образом:

Von=Fп*,

где: Fп — орошаемая площадь питомника га;

m — средняя поливная норма, м3/га;

к — коэффициент полезного действия оросительной системы, равный 0,6−0,9.

Для питомника:

Von=29*=11 600 м3

Потребное количество дождевальных машин определяется с учетом продолжительности полива всей площади питомника и сменной производительности дождевального устройства:

N==3

где: Псм — сменная производительность дождевальной машины, объем воды в м3 на производительность в га м3/га;

t — время одного полива в сутках;

h — количество рабочих смен в сутки.

Для сада:

Von=28*=16 800 м3, N==3

Данные сменной производительности дождевальных машин при 8-часовой рабочей смене и их сметная стоимость приведены в табл. 5.

Таблица 5. Характеристика дождевальных машин

6. СМЕТНАЯ СТОИМОСТЬ Стоимость устройства плотины, водосборного сооружения, оросительной сети и дождевальных машин определяется по локальным сметам 1, 2 (табл. 6 — 7) и сводной ведомостью затрат (табл. 8).

1. Объем срезки растительного грунта с основания плотины определяют по формуле:

Vраст.пл. = F0*hраст, где: F0 — площадь основания плотины, м2;

hраст.с. — толщина срезки растительного грунта 0,3 м.

F0=*;

F0=*=6922,9 м²;

Vраст.пл=6922,9*0,3=2076,87 м³

2. Объем срезки растительного грунта с поверхности карьера определяют по формуле:

V раст.к. = Fкар. hраст.к.,

где: Fкар — площадь карьера в плане, м2;

hраст.к. — толщина срезки растительного грунта 0,5 м.

Fкар=,

где: Vкар равен объему тела строящейся плотины, м3;

hкар — глубина разработки карьера, 8…10 м.

Отсюда Fкар==8423,65 м²;

Vраст.к=8423,65*0,5=4211,83 м³.

3. Объем срезки растительного грунта с поверхности сбросного сооружения по формуле:

Vраст.с. = Lа*hраст.с *(в + m*h),

где: Lа = длина водосбросного канала, м;

в — ширина канала по дну, м;

m — заложение откосов канала, м;

hглубина канала, м.

Vраст.с.=77,5*0,3*(11,5+1*2)=267,4 м³.

Таблица 6. Локальная смета № 1 на выполнение земляных работ при возведении узла гидротехнических сооружений

Таблица 7. Локальная смета № 2 на бетонные и железобетонные работы при возведении плотины

Таблица 8. Сводная ведомость затрат на строительство плотины

Себестоимость 1 м³ воды в первый год эксплуатации водохранилища и оросительной системы равна общей стоимости затрат, поделенной на общий полезный объем воды в пруду, т. е. равна 5,3 руб/м3.

7. ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ Вычерчивание продольных и поперечных профилей балки, ложа пруда и плотины необходимо производить после окончательных расчетов всех элементов. В процессе выполнения проекта должны быть выполнены следующие чертежи:

— поперечный профиль плотины;

— план пруда в горизонталях;

— продольный профиль пруда;

— продольный разрез плотины;

— план плотины с водосбросными сооружениями;

— схема орошения питомника дождевальной машиной.

Топографический план балки в горизонталях выдается индивидуально при получении задания.

7.1 Поперечный профиль плотины Установив размеры всех конструктивных элементов плотины, следует вычертить поперечный профиль плотины в масштабах: горизонтальный 1:200, вертикальный 1:100 (Прил. 6).

В первую очередь, по горизонтали в масштабе откладываем ширину основания или подошвы плотины, отложив ширину гребня, в левую сторону заложение мокрого откоса, в правую — сухого.

В отметках гребня вычерчиваем замок, или зуб, плотины в 0,5 м от точки начала заложения сухого откоса. Размеры замка: ширина поверху 3 м, понизу 1 м и глубиной на 0,5 м, входя в водоупорный грунт.

Построив высоту плотины, в верхней части откладываем размеры гребня плотины. Соединив конечные точки гребня и подошвы, получим откосы плотины, на мокром откосе вычерчиваем отметки ГМО, НПГ и МПГ. Кроме того, пунктиром показываем увеличение насыпи тела плотины на величину усадки.

Проводим проверку запроектированного поперечного сечения плотины. Для этого с отметки НПГ опускаем перпендикуляр на подошву плотины. Затем от точки пересечения перпендикуляра с основанием плотины в сторону сухого откоса окладываем 3,5 Ннпг, получим точку пересечения линии депрессии или фильтрации с основанием плотины. Это пересечение должно быть не ближе 4 м от подошвы сухого откоса.

7.2 План пруда в горизонталях План пруда переносится с кальки (план балки), в том же масштабе на нем дополнительно вычерчиваются пунктирные линии зеркала пруда при ГМО, НПГ и МПГ. По оси плотины в масштабе 1:5000 вычерчиваются ширина гребня и заложение мокрого и сухого откосов, а также трасса водосборного сооружения.

7.3 Продольный профиль пруда Продольный профиль пруда вычерчивается под планом пруда. Здесь горизонтальный масштаб остается тот же — 1:5000, а вертикальный принимается 1:100 (Прил. 8).

Построение чертежа начинается с вычерчивания вертикальной шкалы отметок. В 2-х сантиметрах правее делается схематический или в масштабе чертежа тела плотины с замком.

С плана пруда опускаются перпендикуляры с горизонталей и на перпендикулярах откладываются отметки земли, а также ГМО, НПГ и МПГ. Ломаная линия дает нам дно пруда, ниже этой линии вычерчивается линия водоупора.

Под чертежом указываются отметки земли, расстояние и уклон между горизонталями. При построении продольного профиля пруда четко устанавливается высота проектируемой плотины.

7.4 Продольный разрез плотины Продольный разрез плотины строится в масштабах: вертикальный — 1:100, горизонтальный — 1:2000. При построении используется план балки в горизонталях (Прил. 9).

Построение чертежа начинается с вычерчивания вертикальной шкалы отметок, охватывающей диапазон от 1…2 метров ниже дна замковой траншеи в ее точке и до 1…2 метров выше гребня плотины.

Все точки пересечения оси плотины с горизонталями нумеруются, начиная с ближайшей отметки от гребня плотины. От начала плотины по ее оси измеряются расстояния до первой горизонтали и далее между последующими горизонталями. Затем эти расстояния в горизонтальном направлении откладываются на чертеже в соответствующем масштабе.

Построив точки, соответствующие по вертикали отметкам местности, а по горизонтали — расстояние от начала плотины, соединяют их между собой. В результате этого получается профиль балки по оси плотины в виде ломаной линии. Пунктиром ниже указываются контуры снятого растительного грунта и сплошной линией контур замковой траншеи. Выше гребня плотины пунктиром отмечается насыпка грунта с учетом последующей осадки. Пунктирными линиями изображаются линии ГМО, НПГ и МПГ с указанием соответствующих отметок.

С правой стороны чертежа вычерчивается водоподводящий канал согласно расчетным данным и с использованием для этих целей вертикального и горизонтального масштабов —1:100.

Под чертежом приводятся следующие материалы: нумерация сечений, отметка горизонталей, расстояние действительное между сечениями, высота плотины проектная и глубина воды в пруду по горизонталям, пикетаж продольного разреза.

7.5 План плотины с водосборными сооружениями План плотины вычерчивается под продольным разрезом с соблюдением ранее принятого горизонтального масштаба — 1:2000. Вертикальный масштаб для данного чертежа принимается 1:500 (Прил. 10).

Сначала проводится осевая линия и на нее проектируются все характерные точки продольного разреза. Затем по обе стороны оси откладываются размеры гребня. Вверх от гребня откладываются заложения мокрого, а вниз — сухого откосов. Соединив концевые точки заложений по сечениям, получаем план плотины.

В тех же масштабах с правой стороны вычерчивается согласно расчетам водосливное отверстие, водоподводящий канал и многоступенчатый перепад.

7.6 Схема оросительной сети Оросительная система состоит из следующих основных элементов: источника орошения головного водозаборочного сооружения (шлюз-регулятор при самотечном орошении или насосная станция при механической подаче воды), предназначенного для забора воды из источника орошения в оросительную cеть; магистрального канала или трубопровода, транспортирующих воду от головного сооружения к орошаемому участку; распределительных проводящих каналов или трубопроводов; схемы действия дождевальной техники, схемы орошаемой территории.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проделанной работы мы произвели расчет следующих данных:

1. Годовое потребление воды — 285 689 м³

2. Определение площади зеркала пруда — 282 500 м³

3. Полный объем вместительной балки — 385 900 м³

4. Объем тела плотины — 12 065,2 м³

Затраты на строительство плотины составили:

1. Устройство земляной плотины -789,99 тыс. руб.

2. Устройство бетонных и железобетонных сооружений при возведении плотины -140,8 тыс. руб.

3. Устройство железобетонного моста длиной 4 м и шириной проезжей части 4,5 м — 200 тыс. руб.

4. Стоимость дождевальной установки — 345 тыс. руб.

5. Длина напорного трубопровода — 562 500 руб Себестоимость 1 м³ воды в первый год эксплуатации водохранилища и оросительной системы равна общей стоимости затрат, предельной на общий полезный объем воды в пруду, т. е. равна 17,5 руб/м3

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бабиков В. В Гидротехнические мелиорации лесных земель.- М. Лесн. пром-сеть, 1993.-224с.

2. Курдов А. Г. Карты стока рек и временных водотоков. Воронеж: Издательство ВГУ, 1975.

3. Дюков А. Н. Проектирование плотинного пруда на местном стоке/ Методические указания для выполнения курсового проекта по гидротехнической мелиорации специальности 360 400 — «Лесное садоводство». / П. Ф. Андрющенко. — Воронеж, 1997.-55с.

4. Проездов П. М. Противоэрозионные гидротехнические сооружения: Учебн. пособиеСаратов: Сарат.с.-х.акад.1996.-196с.

5. Румянцев И. С. Гидротехнические сооружения./ Мацея В.Ф.-М Агропромиздат, 1988,-426с.

6. Сабо Е. Д. Справочник гидролесомелиоратора.-М.Лесн.пром-сть, 1984 250с.

7. Сабо Е. Д. Гидротехнические мелиорации объектов ландшафтного строительства: учебник для студ. Высш. Учеб. Заведений / Е. Д. Сабо, В. С. Теодоронский, А. А. Золотаревский; под ред. Е. Д. Сабо. — М.: Издательский центр «Акадения», 2008. — 336 с.

8. Справочник агролесомелиоратора.-М.: Лесн. пром-сть, 1984. — 250 с.

.ur