Определение объема воды в прудах и расхода на их наполнение.
1). Рассчитываем общий объем воды в прудах каждой категории.
Для расчета общего объему воды в прудах имеется специальная формула, которой мы и будем пользоваться:
где W – общий объем прудов определенной категории (м 3 );
Sкат – общая площадь водного зеркала прудов категории (м 2 );
Hср – средняя глубина прудов данной категории (м).
а). Расчет объема воды для нерестовых прудов. Нужно найти произведение общей площади прудов (0.9 га, или 9000 м 2 ) и средней глубины прудов (0.5 м):
Wнер = 9000 × 0.5 = 4500 м 3 (объем воды в нерестовых прудах).
б). Расчет объема воды для выростных прудов. Нужно найти произведение общей площади прудов (23.2 га, или 232000 м 2 ) и средней глубины прудов (1.2 м):
Wвыр = 232000 × 1.2 = 278400 м 3 (объем воды в выростных прудах).
в). Расчет объема воды для нагульных прудов. Нужно найти произведение общей площади прудов (224 га, или 2240000 м 2 ) и средней глубины прудов (1.5 м):
Wнаг = 2240000 × 1.5 = 3360000 м 3 (объем воды в нагульных прудах).
г). Расчет объема воды для зимовальных прудов. Нужно найти произведение общей площади прудов (2.2 га, или 22000 м 2 ) и средней глубины прудов (2.2 м):
Wзим = 22000 × 2.2 = 48400 м 3 (объем воды в зимовальных прудах).
д). Расчет объема воды для летне-маточных прудов. Нужно найти произведение общей площади прудов (0.4 га, или 4000 м 2 ) и средней глубины прудов (1.5 м):
Wлм = 4000 × 1.5 = 6000 м 3 (объем воды в летне-маточных прудах).
е). Расчет объема воды для летне-ремонтных прудов. Нужно найти произведение общей площади прудов (2.2 га, или 22000 м 2 ) и средней глубины прудов (1.5 м):
Wлр = 22000 × 1.5 = 33000 м 3 (объем воды в летне-ремонтных прудах).
ж). Расчет объема воды для карантинных прудов. Нужно найти произведение общей площади прудов (2 га, или 20000 м 2 ) и средней глубины прудов (1.3 м):
Wкар = 20000 × 1.3 = 26000 м 3 (объем воды в карантинных прудах).
2). Рассчитываем расход воды на наполнение прудов различных категорий.
Для того чтобы рассчитать расход воды на наполнение прудов мы будем пользоваться формулой:
Qнап = 
где Wнап – общий объем прудов определенной категории (м 3 ); t(сут) – время, необходимое для наполнения прудов (сутки) (Табл. 2.1); 86400 – коэффициент перевода суток в секунды.
Таблица 2.1
Продолжительность наполнения прудов в сутках
| Категория прудов | Наименование | Спуск | ||||
| одного пруда | Всех прудов | Одного пруда | Всех прудов | |||
| рекомен-дуемая | допус-тимая | рекомен-дуемая | допусти-мая | |||
| Нерестовые | 0,1 | — | 0,1 | — | ||
| Выростные | 10-15 | до 20 | 3-6 | |||
| Нагульные, площадь пруда до 50 га | до 15 | — | — | до 10 | — | — |
| Площадь пруда свыше 100га | не более | — | Обоснов. проектом | до 15 | — | — |
| Зимовальные | 0,5-1 | 1,5 | до 10 | 0,2-0,5 | — | — |
| Летне-маточные | — | — | 0,5 | — | — | |
| Летне-ремонтные | — | — | 0,5 | — | — | |
| Карантинные | 0,3-0,5 | — | — | 0,2-0,3 | — | — |
а). Расчет расхода воды на наполнение нерестовых прудов.
Для начала необходимо посчитать продолжительность наполнения нерестовых прудов. Следуя нормативам, мы знаем, что на наполнение одного пруда требуется 0.01 сутки, так как у нас 9 нерестовых прудов, то время необходимое для их наполнения будет равно:
9 × 0.01 = 0.09 сут.
Подставляем в формулу рассчитанный нами объем воды прудов данной категории (4500 м 3 ) и время наполнения (0.09 сут.):
Qнап = 
= 0.579 м 3 /с ≈ 0.6 м 3 /с (расход воды на наполнение нерестовых прудов).
б). Расчет расхода воды на наполнение выростных прудов.
Для начала необходимо посчитать продолжительность наполнения выростных прудов. Следуя нормативам, мы знаем, что на наполнение одного пруда требуется от 10 до 15 суток (мы примем значение равное 10-ти суткам), так как у нас 2 выростных пруда, то время необходимое для их наполнения будет равно:
Подставляем в формулу рассчитанный нами объем воды прудов данной категории (278400 м 3 ) и время наполнения (20 сут.):
Qнап = 
= 0.161 м 3 /с ≈ 0.2 м 3 /с (расход воды на наполнение выростных прудов).
в). Расчет расхода воды на наполнение нагульных прудов.
Для начала необходимо посчитать продолжительность наполнения нагульных прудов. Следуя нормативам, мы знаем, что на наполнение одного пруда требуется до 15 суток (мы примем значение равное 15-ти суткам), так как у нас 4 нагульных пруда, то время необходимое для их наполнения будет равно:
Подставляем в формулу рассчитанный нами объем воды прудов данной категории (3360000 м 3 ) и время наполнения (60 сут.):
Qнап = 
= 0.648 м 3 /с ≈ 0.6 м 3 /с (расход воды на наполнение нагульных прудов).
г). Расчет расхода воды на наполнение зимовальных прудов.
Для начала необходимо посчитать продолжительность наполнения зимовальных прудов. Следуя нормативам, мы знаем, что на наполнение одного пруда требуется от 0.5 до 1 суток (мы примем значение равное 1-им суткам), так как у нас 7 зимовальных прудов, то время необходимое для их наполнения будет равно:
Подставляем в формулу рассчитанный нами объем воды прудов данной категории (48400 м 3 ) и время наполнения (7 сут.):
Qнап = 
= 0.08 м 3 /с ≈ 0.1 м 3 /с (расход воды на наполнение зимовальных прудов).
д). Расчет расхода воды на наполнение летне-маточных прудов.
Для начала необходимо посчитать продолжительность наполнения летне-маточных прудов. Следуя нормативам, мы знаем, что на наполнение одного пруда требуются 1 сутки, так как у нас 2 летне-маточных пруда, то время необходимое для их наполнения будет равно:
Подставляем в формулу рассчитанный нами объем воды прудов данной категории (6000 м 3 ) и время наполнения (2 сут.):
Qнап = 
= 0.035 м 3 /с ≈ 0.04 м 3 /с (расход воды на наполнение летне-маточных прудов).
е). Расчет расхода воды на наполнение летне-ремонтных прудов.
Для начала необходимо посчитать продолжительность наполнения летне-ремонтных прудов. Следуя нормативам, мы знаем, что на наполнение одного пруда требуются 1 сутки, так как у нас 3 летне-ремонтных пруда, то время необходимое для их наполнения будет равно:
Подставляем в формулу рассчитанный нами объем воды прудов данной категории (33000 м 3 ) и время наполнения (3 сут.):
Qнап = 
= 0.127 м 3 /с ≈ 0.1 м 3 /с (расход воды на наполнение летне-ремонтных прудов).
ж). Расчет расхода воды на наполнение карантинных прудов.
Для начала необходимо посчитать продолжительность наполнения карантинных прудов. Следуя нормативам, мы знаем, что на наполнение одного пруда требуется от 0.3 до 0.5 суток (мы примем значение равное 0.5 сут.), так как у нас 2 карантинных пруда, то время необходимое для их наполнения будет равно:
Подставляем в формулу рассчитанный нами объем воды прудов данной категории (26000 м 3 ) и время наполнения (1 сут.):
Qнап = 
= 0.301 м 3 /с ≈ 0.3 м 3 /с (расход воды на наполнение карантинных прудов).
Результаты вычислений оформляем в виде таблицы.
Таблица 2.2
Объем воды в прудах и расход на их наполнение
Источник
Водохозяйственные и гидрологические расчёты
Водохозяйственными расчетами устанавливают характерные объемы и уровни воды пруда в соответствии с его основным назначением — орошение прилегающего участка земли на базе местного стока путем его сезонно годичного регулирования.
Определение размера пруда
После того, как место для постройки плотины выбрано, определен приток воды в пруд — приступают к расчету размеров пруда. Объём воды в пруде определяется, как сумма объёмов отдельных горизонтов (толщиной 1 м) воды в нём.
Для этого берем план водохранилища (приложение 1) в масштабе 1:5000 с горизонталями через I м и на месте плотины проводится осевая линия плотины, перпендикулярно к горизонталям. Далее с помощью планиметра или па летки определяется площадь, заключенная между осью плотины и каждой горизонталью. Это будет площадь зеркала пруда (F) при различном его на полнении. Зная (F) вычисляется объём слоя (V) между каждой парой сосед них горизонталей по формуле: для нижнего слоя между горизонталями
F1 – площадь первой отметки;
h – глубина или высота (h=1 м);
Так как план пруда дан на миллиметровой бумаге, то количество каждой клеточки по масштабу умножаем на 25, количество квадратов 5 на 5 мм умножаем на 625, а количество 10 на 10 мм – 2500.
Подставляя свои данные в формулу, получаем:
F1 = *2500+ * + * = м 2 . Далее полученное значение подставляем в следующую формулу:
А для остальных слоев:
Все вычисления делаем точно так же, как предыдущие.
Таким образом, вычисляются объёмы и остальных слоев. Суммируя по порядку все промежуточные (частные объёмы), начиная с первого, получаем нарастающие объёмы водохранилища при различном его наполнении. Последняя сумма дает полный объём пруда, т.е. его емкость.
Результаты всех вычислений для удобства группируем в таблицу 1.
Таблица 1. Определение объёма воды в пруде
| Горизонталь | Площадь зеркала, тыс. м 2 | Объём слоя, тыс. м 3 | Ёмкость чаши, тыс. м 3 |
Режим работы пруда
Проектируемый водоем должен отвечать всем потребностям хозяйства в воде. Гидрологический расчет сводится к определению весеннего стока воды мертвого ( полезного объемов воды в водоеме, отметки форсированного подпертого (ФПУ), нормального подпертого (НПУ) уровней и высоты плотины.
В весенний сток включается сток паводков, вызванных оттепелями и дождями в течение весеннего периода. Выпадающие в остальное время года осадки, за исключением сильных ливней, стока, как правило, не дают. вело вследствие просачивания воды в сухой грунт и быстрого испарения.
Объем весеннего стока определяют по формуле:
где W — объем весеннего стока с заданной обеспеченностью, м 3
hp— слой весеннего стока расчетной обеспеченности, мм
F- площадь водосбора, км 2
а — коэффициент уменьшения стока с водосбора за счет повышения агротехники за последние годы и в перспективе его можно принять около 0,8-0,9.
Слоя весеннего стока расчетной обеспеченности hp равен:
где h – норма весеннего стока (определяется по карте изолиний), мм: Кp — модульный коэффициент стока для расчетной обеспеченности.
F= тыс. м 3 /1000* * = тыс. м 2
При проектировании водоема и его эксплуатации строят кривые, отражающие связь между уровнем воды у плотины, площадью затопления и объемом воды в водоеме (приложение 2). Для построения таких кривых используют данные таблицы 1.
По вертикали в масштабе 1:100 откладывают отметки горизонталей, а по горизонтали в произвольном масштабе емкость (W) и площадь зеркала (F) пруда.
По данным графы 4 (таблица 1) наносят ряд точек на график, соединив которые плавной линией и получают кривую емкости. Аналогично строят кривую зависимости площади водного зеркала водоёма от глубины его наполнения. Этот график топографической характеристики дает возможность решать самые разнообразные задачи при проектировании и эксплуатации пруда.
Взяв по шкале объёмов (приложение 2) точку «а», равную притоку воды в пруд — тыс. м 3 проводят линию «ав» до пересечения с кривой объёмов и из точки «в» опускают перпендикуляр «вс» на ось ординат, где и читают, что . тыс, м 3 воды заполняют чашу водоёма до горизонт . Это соответствует отметке нормального подпертого уровня — НПУ
Наибольшая глубина воды у плотины определяется, как разность между отметкой (НПУ) и отметкой дна у плотины:
Режим работы водохранилища
Мертвый объем — это придонная часть объема воды в водоеме, которая не расходуется на хозяйственные нужды. Он необходим для аккумуляции наносов, создания подпора воды в случае самотечной ее подачи на поля, хозяйственных и культурно-бытовых нужд (разведений рыбы и водоплавающей птицы, водопоя скота). Его рассчитывают, исходя из условий возможного срока заиления водоема или из санитарных требований к воде.
Наивысший уровень воды, до которого может регулярно наполнятся пруд и который можно поддерживать длительное время в нормальных условиях эксплуатации пруда, называют нормальным подпертым (НПУ). При отметке НПУ в пруду размещается его полный объем.
Максимальный расчетный уровень воды, который наблюдается в пруду в течение короткого времени, обычно в период пропуска паводка называют форсированным подпертым (ФПУ). Объем воды, заключенный в пруду между ФПУ и НПУ, представляет призму форсировки, или сливную. Высота этой призмы для прудов обычно составляет 0,8-1,5 м.
Количество воды, которое можно взять из пруда на хозяйственные нужды (орошение и водоснабжение), называют полезной водоотдачей пруда:
где Wп.в. — полезная водоотдача пруда, м 3
Wор — объем воды на орошение, м 3
Wвод — объем воды для водоснабжения, м 3
Полезный объем пруда:
где Wпот — потери воды на испарение и фильтрацию. м 3
Значительные потери воды из прудов составляют испарение и фильтрация. Потери определяют в зависимости от площади зеркала при среднем объеме пруда.
WИ = к* ( FНПУ + FУМО) * 0,5 = * ( + ) * 0,5 = тыс. м 3
Потери воды на испарение и фильтрацию определяют для всего года или периода, когда в водоеме есть вода. Испарение зависит от географического положения проектируемого объекта, площади водной поверхности водохранилища, изменяющейся от максимальной весной до минимальной к на чалу осени, и местных климатических условий.
Потери воды на испарение с водной поверхности (испаряемость) зависит от температуры воды и воздуха, влажности воздуха и скорости ветра, для предваритёльных водохозяйственных расчетов слой испарения с учетом осадков за вегетацию может быть принята в зависимости от района строительства в следующих пределах:
для северо-восточной лесостепи — 300 мм;
для северной и южной лесостепи 400 мм;
для степной зоны — 500 мм;
Потери на фильтрацию принимаются в зависимости от водопроницаемости грунтов, слагающих дно и берега водохранилища.
Потери на фильтрацию можно определить как произведение слоя фильтрации на среднюю площадь зеркала пруда Приближенно слой фильтрационных потерь при хороших гидрогеологических условиях (водонепроницаемого грунта) равен 0,5 м в году при средних условиях 0,5 — 1 м; при водопроницаемых грунтах 1,0 -2,0 м.
Результаты расчетов сводим в таблицу 2.
Таблица 2 Водохозяйственные расчеты
| Объём воды в пруду, тыс. м 3 | Уровень | Отметка | Площадь водного зеркала, тыс. м 2 |
| Wп.о= . | |||
| Wумо= . | УМО | ||
| Wнпу= . | НПУ | ||
| Wфпу= . | ФПУ | ||
| Потери воды на испор. И фильт. Wи+Wф |
Проектирование плотины
При строительстве прудов на балках чаще всего проектируют земляные плотины. К проектированию земляной плотины предъявляют следующие требования:
— у плотины мокрый откос должен быть закреплен бетонными плита ми, а сухой — посевом трав;
— гребень плотины (верхняя ее часть) должен иметь выпуклую форм с уклоном 2-3°;
грунт для насыпки плотины должен иметь слабую водопроницаемость.
В проекте рассчитывают высоту плотины и дренажную призму. подбирают коэффициенты заложения откосов и ширину плотины по верху. Конструкцию 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 (верховой) откос принимают более пологим, чем сухой (низовой).
Значения коэффициентов заложения откосов в зависимости от наиболее часто применяемых грунтов тела плотины высотой 10 м и более приведены ниже.
Для промывки наносов, опорожнения паводковых вод в теле плотины в пониженной части долины на материковом грунте располагают трубчатый водовыпуск диаметром 0,3 — 1,0 м из металлических труб.
Источник