Водохозяйственный расчет пруда
Полный объем воды в пруду состоит из полезного объема, мертвого объема, объема на потери воды и резервный объем.
Полезный объем пруда (Vполезн) включает количество воды, которое идет на удовлетворение нужд водоснабжения населенного пункта (V6ыт), орошение питомников (Vорош), для противопожарных целей (Vпож) и называется полезной водоотдачей пруда.
В данной работе на пожаротушение расчет не ведется.
Vполезн=42000+24000=66000 м 3
Величину мертвого объема пруда определяют:
1) по количеству наносов, поступающих в пруд с водосборной площади; по санитарным нормам в целях уменьшения прогревания воды в летнее время и снижения процессов разложения и гниения растительных и животных остатков в пруду постоянно должно быть не менее 0,5-1,0 м воды;
2) по глубине промерзания воды (0,5-1,5 м) — дно пруда не должно промерзать, так как в нем образуются трещины, вызывающие утечку воды из пруда.
При предварительном расчете мертвый объем (VMO) принимается равным 15% от полезного объема.
= 0,15·Vполезн = 0,15·66000 = 9900м 3
Рассчитанная величина мертвого объема отложенная на топографической характеристике по кривой объемов и определённая глубина воды, соответствующая предварительно рассчитанному мертвому объему. Составляет менее 1,5м (глубина мертвого уровня устанавливается с учетом санитарных требований и целей проектирования пруда), поэтому устанавливаем горизонт мёртвого объёма на уровне 2,0м. На топографической характеристике указываю уточненную отметку горизонта мертвого объема (ГМО) и определяют величину мертвого объема.
Сумма мертвого и полезного объемов составит промежуточную величину расчетный объем
Расчетный объем откладывают на топографической характеристике и определяют по батиграфической кривой площадь зеркала воды на горизонте мертвого объема и уровне расчетного объема для дальнейших расчетов.
Sрасч = 127600м 2
Потери воды из пруда определяют для того, чтобы установить, сколько воды можно взять из него для полезного потребления. Вода, накопленная в пруду, не может быть полностью использована для полезных целей, так как часть ее теряется, поэтому при определении объема потерь учитываются потери на испарение, фильтрацию, заиление и льдообразование.
Потери воды на испарение (Vисп) с водной поверхности (испаряемость) зависят от температуры воды и воздуха, влажности воздуха и скорости ветра. Слой потерь на испарение можно определить по специальным картам (Зайкова, Полякова) или по формуле
Писп–слой воды на испарение определяется по карте изолиний испарения (Б.Д.Зайкова) или принимается для лесостепной зоны –0,6м.
Sгмо–площадь зеркала воды на горизонте мёртвого объёма, м 2 ;
Sрасч– площадь зеркала воды на горизонте расчётного объёма, м 2 .
Потери на фильтрацию (Vф) рассчитывают по формуле (6), подставляя вместо слоя воды на испарение (Писп) величину слоя воды на фильтрацию (Пф). Фильтрация воды из пруда происходит через тело плотины, в обход нее, под плотиной, через ложе пруда и величина ее зависит от водопроницаемости и механического состава грунта, формы берегов. По рекомендациям проф. М.В.Потапова приближенно слой фильтрационных потерь в год можно принимать по таблице (табл. 2).
Потери воды на фильтрацию из прудов
Гидрологические условия балки
Величина фильтрации в год
Потери воды за счет заиления (Vз) зависят от состояния водосбора, степени его распаханности и облесенности. При распаханном водосборе заиление может достигать 20-22 см в год. С целью уменьшения твердого стока и заиления прудов целесообразно оставлять нераспаханную 20-30 м полосу вокруг пруда и проводить облесение берегов балки. Потери на заиление также рассчитывают по формуле:
Потери на льдообразование (Vльд) зависят от климатических факторов, обычно слой воды на льдообразование принимают равным 0,5м и рассчитывают в том случае, если пруд проектируется для бытовых нужд и водопотребления.
Vпотерь= 48840+40700+16280+40700=146520м 3
Общий полезный объем пруда складывается из мертвого и полезного объемов и объема потерь.
Vнпг = Vмо+ Vполезн + Vпотерь=39600+66000+146520= 252120м 3
Найденный объем откладывается на топографической характеристике, уровень воды называют нормальным подпорным горизонтом (НПГ). Это высший подпорный уровень, который плотина может поддерживать в течение длительного времени при нормальной эксплуатации всех сооружений.
По графику определяют площадь зеркала воды на этом горизонте.
Резервный (форсировочный) объем
В результате весеннего снеготаяния, выпадающих длительных ливней с водосборной площади в пруд может поступать большое количество воды. В этом случае объем притока будет превышать расход воды, и вода в пруду может подниматься над НПГ. Объем форсировки (резервный объем) располагающийся выше НПГ служит для сохранения паводковых вод, пропускаемых через водосбросные сооружения. Наивысший горизонт при пропуске наибольшего весеннего паводка называют максимальным подпорным горизонтом высоких вод (ГВВ).
Увеличение отметки ГВВ над НПГ повышает высоту, а, следовательно, стоимость сооружения плотины. Однако при этом снижается стоимость водосбросного сооружения (за счет уменьшения его размеров, рассчитываемых на меньший расход). Уменьшение сбросного расхода объясняется регулирующим влиянием пруда, так в пруду между НПГ и ГВВ временно задерживается часть объема паводка. Так как объём пруда 252120 м 3 возьмём на форсировку 1,55м.
По батиграфическим кривым определяют площадь и объем пруда на ГВВ.
Sгвв = 560000м 2 Vгвв= 268400м 3
Источник
Водохозяйственный расчет пруда с применением сложный формул
Гидрологический расчет начинают с определения рабочего объема – W р (рис. 24). В районах неустойчивого увлажнения пруды рассчитывают на заполнение только весенними талыми водами, так как летние осадки образуют незначительный поверхностный сток.
Приток воды W м 3 в пруд, устраиваемый на пересыхающих летом балках, определяют по формуле:
;
где: k – поправочный коэффициент, учитывающий обеспеченность расчетного объема стока. Так при годовой обеспеченности стока Р=5% k=1,6; при Р=10% — k=1,4; при Р=25% — k=1,2; при Р=50% — k=1,0; при Р=80% — k=0,8; при Р=90% — k=0,7. Обеспеченность обычно принимается: при использовании стока для орошения и обводнения – 75-80%, водоснабжения – 90-97% и рыборазведения, % от годового стока;
h ст – средний слой воды, определяемый по карте изолиний среднемноголетнего годового стока страны или данным метеостанций. Средний слой стока представляет собой слой в мм, который получается, если объем воды в м 3 , стекающий за определенной время, равномерно распределить по всей площади водосбора (F в):
;
Если водохранилище (пруд) устраивают на непересыхающих ручьях и реках, то объем воды (W м 3 ) за год определяют по формуле:
;
где: q – среднегодовой модуль стока, л/с–км 2 , определяемый по карте изолиний нормы стока на территории страны или по данным метеостанций.
Годовой объем стока поверхностных вод (W р м 3 ) с водосборной площади, равный рабочему объему пруда можно рассчитать по упрощенной формуле:
;
где: h ст – слой стока 80% обеспеченности, мм;
F в – площадь водосбора, га.
С целью экономической оценки целесообразности затопления площади строят кривые связи между отметками поверхности воды, площадью затопления и объемом воды в пруду (рис. 27).
Рис. 27. Графическая характеристика пруда
Для построения графика (рис. 27) использованы данные таблицы 6.
Таблица 6. Зависимость между глубиной воды h у плотины, площадью зеркала воды (ω) и объемом воды (W) в балке (пример)
| Отметка уровня воды у плотины, м | Глубина воды у плотины, м | Площадь водного зеркала, га | Средняя площадь, га | Слой воды, м | Объем слоя воды, тыс.м 3 | Суммарный объем пруда, тыс.м 3 |
| 8 | 0 | 0 | — | — | — | 0 |
| 10 | 2 | 1,2 | 0,6 | 2 | 12 | 12 |
| 12 | 4 | 3,8 | 2,5 | 2 | 50 | 62 |
| 14 | 6 | 7,8 | 5,8 | 2 | 116 | 178 |
| 16 | 8 | 12,8 | 10,3 | 2 | 206 | 384 |
| 18 | 10 | 20,2 | 16,5 | 2 | 330 | 714 |
| 20 | 12 | 30,0 | 25,1 | 2 | 502 | 1216 |
| 22 | 14 | 41,0 | 35,5 | 2 | 701 | 1917 |
Мертвый объем (W м.о.) – это придонная часть объема воды в водоеме, которая не расходуется на орошение.
Мертвый объем рассчитывают по формуле:
;
где: ρ – средняя многолетняя мутность, г/м 3 (
Wc – средний многолетний сток, м 3 в год;
Т – период эксплуатации пруда (между чистками 30-50 лет);
Δ – объемная масса наносов (1,1-1,2 т/м 3 )
ξ – коэффициент, учитывающий вынос наносов весенней водой (0,6-0,8);
ψ – доля влекомых наносов по отношению к донным (0,05).
По санитарным требованиям глубина мертвого объема перед плотиной должна быть 2-3 м.
Потери объема воды в пруде на заиление зависят от водосбора, его распаханности или занесенности и определяется по формуле:
;
где: W з – объем ила, м 3 ;
Wp – ежегодный приток воды, расчетной обеспеченности, м 3 ;
ψ – количество взвешенных частиц, кг/м 3 ;
α – коэффициент пористости наносов.
При облесенном нераспаханном водосборе слой заиления принимают равным 1,7-4,0 см в год, при распаханном водосборе 20-22 см в год.
Зная мертвый объем воды, вычисляют полный объем воды (м 3 ) по формуле:
Полезный объем воды (W п м 3 ) или объем воды, используемый на орошение и водоснабжение, называется полезной водоотдачей пруда, и определяют его по формуле:
;
где: W е – испарение с поверхности водоема, м 3 ;
W ф – потери на фильтрацию воды в грунт через дно и берега пруда, м 3
Объем воды на испарение (W е м 3 ) вычисляют по формуле:
;
где: ωср. – средняя площадь зеркала воды в пруде за расчетный период, га.
Среднюю площадь зеркала воды в пруде определяют по формуле:
;
где: ωм.о – площадь зеркала воды мертвого объема пруда, га;
ω НПУ – площадь зеркала воды нормального подпорного уровня, га.
Потери воды на фильтрацию (W ф) через ложе пруда определяют по формуле:
;
где: h ф – слой воды, расходуемой на фильтрацию из пруда, мм.
При хороших геологических условиях – слабоводопроницаемых грунтах ложа (глина, тяжелые суглинки, скальные грунты) и высоком стоянии грунтовых вод слой потерь на фильтрацию можно принимать минимальным h ф=400 мм; при грунтах ложа со средней водопроницаемостью (средние суглинки, супеси) – h ф=100-1000 мм; при плохих геологических условиях — сильноводопроницаемых грунтах (пески, легкие супеси) и глубоком залегании грунтовых вод – h ф=1000-2000 мм.
Коэффициент полезного действия пруда (ηп) определяется по формуле:
;
где: W п – полезный объем пруда, м 3 ;
W р – рабочий объем пруда, м 3 .
Коэффициент полезного действия должен быть в пределах 0,7-0,9. Если он меньше 0,7, то разрабатываются мероприятия по уменьшению потерь воды на фильтрацию и испарение с поверхности водоема.
Определить объемы и уровни воды в пруде: рабочий, мертвый, полный и полезный, нормальный подпорный и уровень воды, соответствующий мертвому объему.
Дано: план водосбора балки в масштабе 1:50000 (рис. 26), план балки в масштабе 1:10000 (рис. 25), слой стока по данным метеостанции h ст=28 мм; слой воды на испаряемость l 80=500 мм; слой воды на фильтрацию h ф=400 мм; глубина мертвого объема h м.о= 3 м; толщина льда (0,7-1,0 м) h л=1 м.
Сначала определим рабочий объем пруда по формуле:
.
Затем определяем глубину мертвого объема, с учетом толщины льда, она будет равна:
;
где: h в – слой воды мертвого объема, м;
Отметка воды в пруде при мертвом объеме будет равна:
;
где: Нд — отметка дна пруда, берется по плану отметки наименьшей горизонтали.
Объем и площадь водного зеркала мертвого объема определяем по графику (рис. 27).
При Нм.о=12 м, ωм.о=3,8 га, W м.о=62000 м 3 полный объем пруда определяем:
Зная полный объем воды, по графику (рис. 27) определяем отметку нормального подпорного уровня и площадь зеркала воды НПУ.
Тогда глубина воды у плотины нормального подпорного уровня будет равна:
.
Объем воды, который расходуется на испарение с поверхности пруда, вычисляем по формуле:
;
.
Потери воды на фильтрацию через дно и откосы пруда находим по формуле:
.
Полезный объем пруда определяем по формуле:
.
Коэффициент полезного действия пруда:
.
Его значение находится в допустимых пределах 0,7-0,9.
Основные показатели расчетов сводят в таблицу 7.
Таблица 7. Объемы, уровни, площади пруда на балки
| Объем | Отметка уровня воды, Н, м | Объем воды, м 3 | Площадь водного зеркала, га |
| рабочий | — | 801000 | — |
| мертвый | 12,0 | 62000 | 3,8 |
| полный | 18,8 | 863000 | 24,2 |
| потери | — | 126000 | — |
| полезный | — | 675000 | — |
Дата добавления: 2020-04-25 ; просмотров: 118 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник