4801

3.3 Построение батиграфических кривых водоема

Батиграфические кривые пруда строятся на основании определения объема чаши пруда и уровня заполнения его водой. Объем или вместимость балки определяется с помощью планиметра, палетки по каждой горизонтали, ограниченной осью плотины. Имея размеры площадей зеркала

ниметром предварительно находится его цена деления. Для этого на листе миллиметровой бумаги вычерчивается квадрат 10 х 10 см, что в масштабе 1:5000 будет соответствовать 250000 м. Записывается четырехзначное показание планиметра и производится замер площади квадрата. Разность показаний планиметра дает величину площади квадрата в делениях планиметра. Повторность измерений двухкратная, при которой различия в полученных величинах должны отличаться друг от друга не белее чем на 5 единиц. Далее определяется среднее значение площади зеркала в делениях планиметра. Отношение площади квадрата 250000 м2 к средней площади в делениях планиметра составляет цену деления планиметра в м2.

Зная цену деления планиметра, приступают к определению площади каждой горизонтали (план балки в горизонталях). Результаты заносятся в табл. 2.

12

Таблица 2 – Расчеты к построению батиграфических кривых водоема

Кривые зависимости объема воды пруда и площади его зеркала от глубины наполнения (так называемые батиграфические кривые пруда) вычерчиваются по данным граф 1,2,3 и 7 (табл.2).

3.4 Водохозяйственный расчет

При проектировании прудов и водохранилищ в основном различают три характерных уровня воды: уровень мертвого объема, нормально подпорный уровень и форсированный уровень.

Постоянный или мертвый уровень воды в пруду должен быть таким, чтобы летом глубина воды была не менее 2,5-3,2 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 или специальными расчетами в зависимости от сдоя твердого стока. Чистка прудов предусматривается через 15-20 лет. Следовательно, при оптимальных условиях слой на заиление равен 0,2-0,5 м. Для условий ЦЧО в среднем глубина перед плотиной, где формируется мертвый объем воды (WУМО) пруда, принимается 2,5-3,2 м.

Чтобы получить мертвый объем в м3, необходимо использовать график зависимости объема воды пруда от его наполнения W = f(H) (рис.3)

13

Рис.3 – Батиграфические кривые пруда

В процессе эксплуатации водоема происходит фильтрация воды в нижележащие горизонты почвы и ее испарение с поверхности. Суммарные потери на испарение и фильтрацию определяются в виде слоя воды в м или в процентах от объема пруда.

Испарение зависит от температуры воздуха, скорости ветра, района расположения пруда. По данным Зайкова В.Д. и Давыдова В.К. объем воды на испарение для ЦЧО составляет 0,6-0,8 м.

Потери воды на фильтрацию для аналогичных условий в зависимости от характеристики грунтов балки для расчетов можно определить по данным таблицы 3.

Таблица 3 – Потери воды на фильтрацию из прудов

14

Наибольшая 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 и др.)

Суммарные потери (испарение и фильтрация - WH.«) для ЦЧО составляют 15-30%. Для расчетов конкретного варианта используются данные задания.

где WMO – постоянный объем воды в пруду, м3; WВ.П. – объем воды на хозяйственные нужды, м3;

n – потери на испарение и фильтрацию (задание),%.

При условии если вода из водоема не будет расходоваться на хозяйственные нужды, WНПУ будет определяться

WНПУ = WMO+ WИ.Ф.

При использовании воды на полив улиц и зеленых насаждений расход берется в зависимости от местных условий от 1,5 до 4,0 л/сутки на 1 м2 площади.

Расход воды для орошения питомников и садов для условий юговостока РФ, по Я.3. Дроздову: береза – 1100-1200 м3/га, ильмовые – 350-1200 м3/га, сосна – 800-900 м5/га, жимолость татарская, бирючина, акация желтая – 300-600 м3/га, акация белая, ясень и клен американские 600700 м3/га – за вегетационный период.

Для плодово-ягодных культур: молодые сады – 900-1200 м3/га; яблони - 1200-1800 м3/га;

смородина, крыжовник, вишня - 750-1200 м3/га.

Наиболее точно средняя поливная норма на 1 га определяется, согласно

формуле

Mср = 100Нγ(rпр – rо), м3/га,

где Н – слой промачивания. Для питомников – 0,2-0,25, садов – 0,30-

0,35 м; γ – объемная масса почвы, т/м3;

15

rпр – предельная полевая влагоемкоеть; rо – влажность почвы до полива в %.

Оросительная норма за вегетационный период составит

Mop = mcp∙ n,

где n – число поливов за оросительный сезон.

Таблица 4 – Объемная масса, полевая влагоемкость и максимальная гигроскопичность почв

Объем воды на орошение устанавливается в зависимости от оросительной нормы и величины орошаемой площади

где F – орошаемая площадь, га

К – коэффициент полезного действия оросительной системы, равный 0,6-0.9.

Для тушения пожаров в поселках на каждую тысячу жителей принимают объем воды, выливаемый через две пожарные струи с расходом каждая 2,5 л/с при продолжительности пожара 2 часа.

Пример: 2,5 л/с ∙ 7200с ∙ 2:1000 = 36 м3

Расход воды из водоема на хозяйственные нужды оформляют в табл. 5. Суммарное выражение табл. 5 показывает объем воды водопотребления

на хозяйственные нужды WВ.П.

Объем воды пруда нормально подпорного уровня определится как сумма

16

Wполн = WНПУ - WВ.П.+ WМ.О. + WИ.Ф.

Таблица 5 – Годовое водопотребление на хозяйственные нужды

пруда должен быть равен или менее вмещающей емкости балки, образующей чашу пруда.

Полному объему пруда соответствует определенная отметка НПУ и площадь водного зеркала

W = f (h) и F = f (h)

Если же Wполн > Wбалки, то полностью зарегулировать сток 75% вероятности превышения невозможно и часть его пойдет на формирование ФПУ и сброс. Отметка ФПУ принимается, как правило, с превышением 0,5- 1,5 над НПУ. При этом объем ФПУ и площадь зеркала пруда определятся по батиграфическим кривым (рис. 3). Разность отметок ФПУ и НПУ составляет высоту сливной призмы

ФПУ - НПУ = hсл, где hсл – высота сливной призмы

Повышение отметки ФПУ над НПУ приводит к возрастанию стоимости плотины. Однако при этом снижается стоимость водосбросного сооружения вследствие уменьшения сбросного расхода. Уменьшение последнего объясняется регулирующим влиянием сливной призмы, временно задерживающей часть объема паводка.

где Wсп.пp – объем сливной призмы, равный WФПУ – WНПУ, м3; WНПУ – полный объем пруда, м3;

17

Q75% - максимальный расход весеннего половодья заданной обеспеченности, м/с.

В качестве водосбросных сооружений обычно находят применение быстротоки, перепады, консольные и шахтные водосбросы и др. Расчет этих сооружений в настоящей курсовой работе не предусмотрен.

4. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛОТИНЫ

Земляная плотина, перегораживающая русло временного водотока, является основным сооружением, с помощью которого устраивается водоем.

При правильном выборе типа плотины, высоком качестве производства работ по ее устройству и соответствующей эксплуатации срок службы земляной плотины практически не ограничен.

При составлении проекта плотины надо решить следующие вопросы:

1.выбрать тип плотины;

2.определить отметку гребня и высоту плотины;

3.принять размеры и тип крепления гребня;

4.принять величину заполнения откосов и решить вопрос о типе их крепления;

5.проверить запроектированные размеры поперечного сечения плотины с точки зрения допустимой фильтрации воды через нее;

6.проверить устойчивость плотины на сдвиг, оказываемый гидростатическим давлением воды на плотину со стороны мокрого откоса;

7.построить поперечный и продольный профили плотины, а также ее

план;

8.определить объемы работ.

4.1. Выбор типа плотины

Тип плотины, в основном, определяется соответствующими геологическими и гидрогеологическими условиями места строительства, а также наличием тех или иных местных строительных материалов.

При выборе типа плотины желательно пользоваться материалами типового проектирования. В практике строительства прудов наибольшее распространение получили плотины из однородных грунтов (средние или легкие суглинки) с замком кии без замка.

Весьма часто для насыпки тела плотины используют грунт, изымаемый при устройстве водосбросного канала. Применение для насыпки плотины глин и тяжелых суглинков нежелательно, так как они при замерзании

18

увеличиваются в объеме, а при последующем оттаивании и высыхании образуют трещины. Подобные грунты в случае их применения следует прикрывать сверху защитным слоем из песчаных или легких суглинков толщиной 1,5 м.

Замок устраивают при залегании водоупорного слоя на глубине до 2- 3 м для лучшего сопряжения тела плотины с основанием и предотвращения фильтрации воды под телом плотины. Заглубляется замок в водоупорный слой не менее 0,5 м. Размещается он вдоль по оси плотины по всей ее длине до НПУ.

Основные элементы плотины указаны на рис. 4.

Рис. 4 – Основные конструктивные элементы плотины

4.2.Определение отметки гребня и высоты плотины

Отметка гребня плотины определяется по формуле

Нгр= МПУ + dB + сзап,

где dB – величина, учитывающая высоту набегающих волн, ее накат по откосу;

сзап – конструктивный запас 0,5-1,5 м.

Высота набегающих волн определяется по формуле

dв = 0,75 + 0,1L ,

где L – длина пруда в км, определяемая по плану балки, по отметкам МПУ;

Высота плотины hпл устанавливается как разность между отметкой гребня и наинизшей отметкой основания плотины

19

Нпл = Нгр - осн.пл., м.

Строительная высота плотины с учетом ее последующей осадки принимают на 7-12 % более проектной, т.е.

Нпл.стр = Нпл + Нпл ∙ n,

где n – величина усадки 0,07-0,12.

4.3. Проектирование гребня плотины

Плотина, перегораживающая водоток, балку, овраг создает условия для удобного сообщения между их берегами.

В том случае, когда проезд по плотине проектом не предусмотрен, ширина по гребню может определяться по формуле

Крепление непроезжего гребня производится путем покрытия его дер-

ном.

При устройстве дороги по гребню плотины, его ширина определяется категорией проектируемой дороги и должна быть не менее указанной в таблице 6.

Таблица 6- Принятые размеры гребня плотины

Характер крепления гребня плотины определяется типом дорожного покрытия, принимаемым в зависимости от категории запроектированной дороги.

4.4. Откосы плотины и их крепление

Откос, обращенный к воде, обычно называется верховым, или мокрым mм, а противоположный ему – низовым или сухим mс.

Крутизна откосов характеризуется так называемым коэффициентом заложения откоса m, который показывает, во сколько горизонтальная

20

проекция откоса (заложение) больше его высоты (вертикальной проекции) рис.5.

Рис. 5 а) Заложение откоса б) Схема к вычислению ширины основания плотины

При емкости водоема менее 0,2 млн.м3, плотина, как правило, будет относиться к сооружениям IV и V классов. Для сооружений этих классов коэффициенты заложения откосов можно принять по таблице 7.

Таблица 7 – Коэффициенты заложения откосов земляных плотин в зависимости от высоты и грунта тела плотины

Слишком крутые откосы могут оказаться недостаточно устойчивыми и