Водохозяйственный расчёт пруда
Целью водохозяйственного расчёта пруда является определение полезного объёма пруда, то есть того количества воды, которое может быть забрано из пруда на орошение и водоснабжение. Объём воды (682 тыс.м 3 ), полученный в результате перемножения годового расчётного стока на водосборную площадь , называется полным объёмом пруда.
Уровень воды, которого достигает пруд при полном объёме, называется нормально-подпёртым горизонтом (НПГ-106,2 м). Его можно найти по графику интегральных кривых. На шкале ёмкости пруда откладываем значение полного объёма пруда (689 тыс. м 3 ) и проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой ёмкости. Из точки пересечения опускаем вертикальную линию до пересечения со шкалой горизонталей, это и будет отметкой нормально-подпёртого горизонта. Продолжив вертикальную линию от НПГ до пересечения с кривой площадей зеркала, и приводя из точки пересечения горизонтальную линию на шкалу площадей зеркала, найдём размер площади зеркала пруда при его расчётном (полном) наполнении.
Всю воду из пруда использовать нельзя. В пруду всегда должен оставаться неприкосновенный запас, который получил название мёртвый объём, глубиной 1,5-2,0 метра.
Назначение мёртвого объёма воды:
1. Для оседания твёрдого стока (взвешенных частиц, поступающих в весенне-летнее время с водой);
2. Для предохранения дна пруда и основания плотины от промерзаний в зимнее время, так как в этом случае образуются трещины, вызывающие утечку воды;
3. Для создания подпора при орошении, если оросительный участок расположен ниже пруда, а вода подаётся самотёком на насосную станцию;
4. При разведении в пруду рыбы мёртвый объём и его глубина должна обеспечить рыбе достаточную площадь, корм и воздух с учётом образования ледяного покрова;
5. Мёртвый объём также нужен для противопожарных и социально-бытовых целей.
Неприкосновенный запас воды определяется опять же по графику интегральных кривых. Для этого находим отметку горизонтали 102, проводим перпендикуляр до пересечения с кривой объёма воды и из точки пересечения проводим горизонтальную линию до шкалы объёма воды.
Ответ: Мёртвый объём = _____________ тыс. м 3
Рис. 3 График интегральных кривых для водохозяйственного расчёта пруда
Из пруда часть воды теряется на испарение и на инфильтрацию (просачивание в дно и берега). Количество воды на испарение и инфильтрацию можно определить по формуле И.В. Тихомирова, зная среднюю зеркальную площадь пруда.
, где
– средняя зеркальная площадь пруда, тыс. м 2 ;
– максимальная зеркальная площадь пруда, тыс. м 2 ;
Sумо – зеркальная площадь мёртвого объёма, тыс. м 2 ;
Ответ: 
___________ тыс. м 2
Для определения слоя испарившейся воды (hисп.) с единицы площади И.В. Тихомиров рекомендует учесть абсолютную влажность воздуха, среднемесячную скорость ветра, температуру воздуха и максимальную упругость водяного пара в воздухе, то есть все очень переменчивые величины, которые зависят от многих факторов. Поэтому ориентировочное значение для условий нашей республики hисп. и hинф., необходимо принять в пределах 0,4-0,5 м и тогда объём воды на испарение и инфильтрацию можно определить по формуле:
Vисп = ____________ тыс. м 3
Vинф = ______________ тыс. м 3
Основная формула для водохозяйственного расчёта пруда:
Vполез = ____________ тыс. м 3 ;
Коэффициент полезного действия пруда равен отношению полезного объёма к полному:
= 
КПД пруда должен быть более 60%, в противном случае строительство пруда будет убыточно.
Ответ: = __________ %.
Все данные удобно представить в табличной форме (табл.3)
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
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: 117 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник