3198

2

УДК 630*237

Андрющенко, П. Ф. Водные ресурсы в ландшафтном строительстве [Текст] : методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки 250700 – Ландшафтная архитектура (квалификация (степень) магистр) / П. Ф. Андрющенко, Т. А. Малинина, Т. П. Деденко ; М- во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2014. - с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО

«ВГЛТА» (протокол № от «____»____________2014 г.)

Рецензент заведующий кафедрой мелиорации, водоснабжения и геодезии ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАУ им. императора Петра I», д-р с.-х. наук, проф. А. Ю. Черемисинов

Ответственный редактор заведующий кафедрой лесных культур, селекции и лесомелиорации ФГБОУ ВПО «ВГЛТА», д-р с.-х. наук В. И. Михин

Методические указания составлены в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 250700 – Ландшафтная архитектура (квалификация (степень) магистр), утвержденным приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 24 января 2011 г. № 80 и учебным планом управления, утвержденным ректором ВГЛТА в 2012 г.

3

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания написаны в соответствии с государственным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 250700 – Ландшафтная архитектура (квалификация (степень) магистр), определяющий программу курса «Водные ресурсы в ландшафтном строительстве». Выполнение практических занятий предполагает получить более углубленное изучение раздела гидротехнических сооружении, применяемых в ландшафтом строительстве, практическую и теоретическую подготовку к решению проектных, производственно-технических и организацион- но-управленческих вопросов в будущей профессионального деятельности. Рационального использования водных ресурсов при благоустройстве всех видов государственного лесного фонда, лесопарков, парков и других зон ландшафтного строительства для создания элемента ноосферы с учетом потребности общества, повышения качества и безопасности среды обитания человека.

4

1ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Гидротехническими называют инженерные сооружения, предназначенные для использования природных водных ресурсов (поверхностных и подземных) или предотвращения вредного воздействия воды на окружающую среду. Основные задачи: приспособление, изменение или преобразование естественного режима водного объекта в целях экономичного водохозяйственного использования с учетом требований охраны окружающей среды; создание искусственных водотоков и водоемов, когда естественных вод недостаточно или они отсутствуют; разработка конструкций сооружений для специальных нужд отдельных отраслей водного хозяйства.

Гидротехнические сооружения подразделяют на речные, озерные, прудовые, морские, мелиоративные, береговые, русловые, пойменные, подземные и т.д., они могут быть: водопорными – перегораживают водоток (плотины, дамбы и др.); водопроводящими – подают воду к местам ее потребления (трубопроводы, туннели и т.п.); водозаборными – забирают воду из водотоков и водоемов; водосбросными - предназначены для сброса излишков воды; регуляционными – регулируют процесс взаимодействия потока с речным руслом и другими сооружениями (струенаправляющие дамбы и стенки, берегоукрепительные сооружения и др.).

По условиям использования гидротехнические сооружения делят на постоянные (эксплуатируют круглый год) и временные (работают только в период строительства или ремонта).

2СВОЙСТВА ВОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ЛЕСОПАРКОВОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Применение воды в садово-парковом и ландшафтном строительстве основано на ее физических свойствах: бесцветности и аморфности. Вода способна отражать окружающие ее природные явления и оказывать на них определенное влияние. Способна менять при понижении температуры жидкое состояние на твердое, при повышении температуры переходит в жидкое, из жидкого в газообразное, может быть спокойной и подвижной (течь, падать, бурлить, капать и т.д.). Может звучать, создавать зеркальное изображение, менять цвет, фактуру поверхности.

Большое значение имеют пластические возможности воды. Она меняет объем и величину в зависимости от характера ограничивающих ее поверхностей. Поэтому, желая получать определенные площади, цвет, поверхность, состояние воды, необходимо предвидеть то, что будет способствовать этому

5

во вмещающих ее проектируемых емкостях. Так, с увеличением глубины бассейна и затемнением дна улучшаются отражающие качества воды. Для придания воде голубого цвета рационально производить облицовку бассейна керамической плиткой голубого цвета, а не подкрашивать воду красителем. Для лесопаркового проектирования большое значение имеет использование статического или динамического состояния воды в гидротехнических лесопарковых сооружениях. Обе категории имеют определенное воздействие на человека: первая – покоя, равновесия; вторая – движения, изменчивости. Стоячая вода вызывает умиротворение, меланхолию, спокойствие. Такое состояние может вызвать вид воды в озере, пруду, бассейне, медленно текущей реке. Подвижная вода – быстротекущая река, быстроток, водопад, каскад многоступенчатого перепада, водомет и т.д. Такое состояние воды стимулирует в человеке энергию, эмоциональность, внимание. Движение воды может сопровождаться определенным звучанием. Диапазон звуков может быть создан самый обширный: от настоящего рева, грохота до звуковой капели и нежного шороха. При этом звучание легко усилить цветовым или световым сопровождением. Подсвечивание водопадов, каскадов фонтанов создает целый фейерверк мгновенных состояний воды и каждый раз все новый и новый сценарий. Вода может менять свое состояние от оживленной игровой массы до неподвижной стальной поверхности. Заслуживает серьезного внимания и использование воды в качестве ограждения: устройство вместо оград арыков, каналов и рвов, наполненных водой; создание «водяных стен», в виде водяной стенки каскада, за которым возможно создание функционирующего пространства кафе или ресторана.

Все вышеизложенные свойства воды необходимо стремиться в полной мере использовать при проектировании гидротехнических сооружений в садо- во-парковом и ландшафтном проектировании.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся в садово-парковом строительстве примеры проектирования и строительства гидротехнических сооружений в виде фонтана, водопада, многоступенчатого перепада, быстротока, канала.

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕИРАСЧЕТГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Приемы проектирования и строительства аналогичны проектированию сопрягающих гидротехнических сооружений. Основное назначение – гашение избыточной энергии воды при подаче воды с высоких отметок на низкие и получение соответствующего эстетического восприятия водного устройства. Наиболее распространенным и надежным гасителем является водобойный ко-

6

лодец или водобойная стенка. Г идротехн ические сооружения должн ы работать с устойчивым гидравлическим режимом, позволять использовать передовую тех нологию и дешевы е строительные материалы, быть простыми в испол нении. Конкретный тип и конструктивное оформление сооружений выбирают на основе сравнения различных вариантов, отвечающих ландшафтнопроектировоч ному ре шению устройства парка, лесопарковой зоны, агролан д- шаф та.

3.1 Быстроток

Наиболее простой тип гидросооружения. Это тот же канал, но с ук лоном больше критического. Наличие бо льших скоростей на быстро токе вызывает необхо димость принимать при проектировании дополнительные меры для их снижения и использовать сложные приемы гидравлического расчета.

Быстро ток состоит из входного участка, лотка (транзитная ч асть) и выходного участка (гас ителя). Длина входного участка зависит от у словий его сопряжения с подводящим каналом. В первом приближении ее принимают равной 2…3 Н, где Н – глубина воды подводящего канала (рис. 1).

Рис. 1 Схема бетонного быстротока:

1, 3 - вхо дной и выходной участки; 2 - лоток; 4 - водобойный колодец; 5 - отводящий канал; 6 - деформационн ые швы

Лоток быстротока должен иметь, по возможности, минимальную длину и лежать на естественных грунтах основания. Форма его поперечного сечения может быть различной: прямоугольной, трапецеидальной, полуцир кулярной, поли гональн ой и др. Наиболее распрост ранено прямоугольное по перечное сечение, так как поток воды в лотке с таким сечением гидравлически

7

более стабилен и не вызывает нежелательных деформаций секций быстротока. Недостаток прямоугольного сечения – появление по длине сооружения катящихся волн, существенно снижающих пропускную способность быстротока. Наиболее экономичным и простым по технологии строительства считают трапецеидальный лоток. Однако в таком лотке также образуются катящиеся волны, а в зимнее время по наклонной облицовке быстротока намерзают наледи, усложняющие пропуск расчетных расходов. Полуциркулярное, треугольное, полигональное сечение лотка является безволновым, то есть в лотках таких сечений не возникают косые стоячие и катящиеся волны. С эстетической точки зрения состояние поверхности воды в лотках быстротоков таких сечений в местах отдыха нежелательно.

Быстротоки следует устраивать по возможности прямолинейными, не допускается в естественных условиях рельефа выполнять их с поворотами. Минимальный радиус закругления быстротока в плане принимают не менее десяти ширин лотка. Лоток для предотвращения разрушающих температурных и осадочных деформаций разрезают продольными и поперечными деформационными швами (рис. 28).

Деформационные швы могут быть водопроницаемыми и водонепроницаемыми. Под водопроницаемыми швами обязательно устраивают обратные фильтры и дренажи, которые ограждают боковыми водонепроницаемыми стенками. Это уменьшает вероятность возникновения контактной суффозии

взоне шва.

Взависимости от климатической зоны строительства поперечные деформационные швы нарезают через 5-20 м, а продольные, как правило, совмещают с обрезами фундаментов подпорных стенок лотков. Швы герметизируют уплотнителями в виде профилированной резины, металлических пластин, просмоленных досок, полимерных профилей и т.д.

Выходной участок является наиболее ответственным элементом быстротока, так как на нем гасится основная часть кинетической энергии потока. В его пределах обычно располагают водобойный колодец и различные по конструкции гасители. За водобойным колодцем устраивают рисберму из каменной наброски или бетонного покрытия с водопроницаемыми швами для выхода фильтрационного потока. Чтобы предотвратить сбойное течение во-

ды в отводящем канале, угол конусности концевой части быстротока в плане принимают α =12…18о.

8

3.1.1Гидравлический расчет бетонного быстротока прямоугольного сечения с водобойным колодцем и водобойной стенкой

Исходные данные:

Расход - Q = 0,72 м3/с Длина лотка - L = 25 м

Допустимая скорость движения воды - Vдоп. = 6 м/с

Порядок расчета

1. Определяется наивыгоднейшая ширина входного отверстия по дну лотка быстротока по формуле Ю.Н. Даденкова

в = 0,765 5√Q2 = 0,756 5√0,722 = 0,765 0,88 = 0,67 м

Из конструктивных сообщений принимаем ширину входного отверстия лотка в = 0,7 м.

2. Определяется необходимая площадь живого сечения быстротока

ωо = Q = 0,72 = 0,12м2.

Vдоп 6

3. Определяется глубина воды в лотке, при которой будет наблюдаться установившееся движение воды = ho.

ho = ωв = 00,12,7 = 0,17м

Производим проверку ho на пропуск заданного расхода Q = 0,72 м/с

Смоченный периметр

χо = в + 2 ho = 0,7 + 2 0,17 = 1,04 м.

Гидравлический радиус

Ro = ωо = 0,12 = 0,115м χo 1,04

Уклон дна быстротока определяют

9

где Н2 – отметка дна начала быстротока,Н1 – отметка дна в конце быстротока.

L – горизонтальное проложение лотка быстротока, находится путем использования теоремы Пифагора.

По известной n-0,014 (или принимая во внимание, что коэффициент шероховатости для кирпичной клади n = 0,013, для бетона n = 0,014, для бутовой клади глины n = 0,020) находим nа с учетом аэрации потока nа = n а,

nа = 0,014 1,33 = 0,0186

По таблице (прил. 1) (с учетом Ro na) находим значение скоростного коэффициента Шези – С= 32,6.

____ _________

Тогда, Vo = C √Ro i = 30,6 √0,115 0,35 = 30,6 0,2 = 6,12 м/с. Q = ωo Vo = 0,12 6,12 = 0,73 м3/с

Полученный расход 0,73 м3/с больше заданного 0,72 м3/с. Однако расхождение меньше 5 % (1,3 %), поэтому окончательно принимаем ширину лотка быстротока в – 0,7 м; ho = 0,17 м.

4. Определяется критическая глубина воды в начале быстротока

где α - коэффициент пропорциональности = 1,1.

5. Определяется скорость воды в начале быстротока Vк:

6. Определяется длина кривой спада между hк на ребре быстротока и hо, где устанавливается равномерное движение потока по методу проф. Черномского В.И., для этого рассчитываем все гидравлические элементы потока для hк и hо.