Проектирование водохранилища

 i - пьезометрический уклон фильтрационного потока.

Рассматривая движения фильтрационного потока со свободной поверхностью, на которой давление равно атмосферному при горизонтальном непроницаемом подстилающем слое для условий медленно изменяющегося движения получим формулу Дюпюи:

q/K = (h22 - h12)/(2*L)

где q - фильтрационный расход на 1 п.м.;

      h2 - коэффициент фильтрации;

      h1 - начальная глубина фильтрационного потока;

      L - конечная глубина фильтрационного потока;

      K - расстояние между глубинами h1 и h2;

 

На оснований этих формул расчет фильтрации через однородную плотину на непроницаемом основании ведется по следующим трем формулам:

h1-h0 = L/mн -

 

q/K = (H2 - h12)/(2*(L - mн*h1)) = (H2 - Y2)/2*X

 

Y2 = H2 - (H2 - h2)/(L - mн*h1)

где: h1- ордината кривой дисперсии в месте выхода ее на низовой откос;

       h0- глубина воды в нижнем бьефе;

       L-расстояние  от подошвы низового откоса  до “раздельного сечения”OY,    проводимого на расстоянии е*m*H от уровня воды в верхнем  бьефе;

     mн-коэффициент заложения низового откоса;

      H- глубина воды в верхнем бьефе;

     q- фильтрационный  расход на 1 пог. м. длины плотины;

     K-коэффициент  фильтрации грунта тела плотин;

    mв - коэффициент заложения верхнего откоса;

 

  X и Y- переменные абсцисса и ордината, откладываемые от начала координат по оси абсцисс OX, принимаемой совпадающей с основанием плотины и по оси ординат OY, совпадающей с “раздельным сечением”.

Задаваясь различными значениями X и определяя по уравнению соответствующее ему значение Y, можно по полученным точкам построить кривую дисперсии от h2 до h1.

Если воды в нижнем бьефе нет (h0 = 0), то уравнение упрощается, принимая вид:

h1 = L/mн - L2/mн2 - H2

 

Расчет и построение кривой дисперсии:

 

Дано:

- напор ННПУ = 7 м (глубина  воды перед плотиной в верхнем  бьефе);

- ширина гребня плотины  b = 6 м;

- d0 = Нгреб =2 м;

- коэффициент заложения  верхового откоса mв = 3;

- коэффициент заложения  низового откоса mн = 2,0;

- коэффициент ε= 0,3.

1. Определяем положение оси ординат OY, которая совпадает с положением «раздельного сечения»(Рисунок 5):

AC = ε * mв*H = 0,3*3*7 = 6,3 м

 

Величину 6.3 м откладываем от т.А (места пересечения НПУ с верховым откосом) и получаем точку С. Через точку С проводим линию, которая и будет служить осью ординат.

Точка пересечения этой линии с основанием плотины О - начало координат.

2. Определяем величину L:

L= ε * mв*H+mв*d0+b+(H+d0)*mн=0,3*3*7+3*2+6+(7+2)*2=36,3 м

3. Определяем ординату  кривой депрессии в месте выхода  ее на низовой откос:

h1 =--=--=1,41м

 

4. Далее определяем ординаты  кривой депрессии по уравнению:

Y2 = H2 - ×X

Зададимся различными значениями X и для каждого вычислим соответствующее значение Y.

 

Например, при X1 = 8

Y2 = 49 - ×8=37,76

Y=6,14м,

X2 = 12

Y2 = 49 - ×12=32,14

Y=5,67 м

X 3= 16

Y2 = 49 - ×16=26,52

Y=5,15 м,

X4 = 20

Y2 = 49 - ×20=20,9

Y=4,57 м,

X5 = 24

Y2 = 49 - ×24=15,28

Y=3,9 м,

X6 = 28

Y2 = 49 - ×28=9,66

Y=3,1 м

X	8	12	16	20	24	28
Y	6,14	5,67	5,15	4,57	3,9	3,1

 

По полученным координатам строим фильтрационную кривую (Рисунок 6).

5. Определяем фильтрационный расход :

при H = h2, L =36,3 м

q = K×= 0,4×=0,26 м3/ сут.

 

1.7 Расчеты гидростатического  давления

Гидростатика изучает свойства жидкости в состоянии покоя, когда частицы жидкости имеют скорость V = 0.

Давление, которое оказывает жидкость (вода) в этом случае, называется гидростатическим давлением.

Гидростатическое давление имеет два основных свойства:

1. Оно всегда перпендикулярно  к воспринимающей поверхности;

2. Его величина Р в  любой точке по всем направлениям  одинакова.

Величина гидростатического давления определяется основным уравнением гидростатики:

P = P0 + ɤ* h

где: Р0 - давление на свободной поверхности жидкости (это обычно атмосферное или барометрическое давление);

        ɤ - объемный вес (масса) жидкости;

       h - глубина точки под свободной поверхностью жидкости.

Произведение ɤ*h называется манометрическим (или избыточным) давлением, которое в мелиоративной практике и приходится определять.

ɤ*h - есть вес столба жидкости, площадь основания которого равна единице, а высота равна глубине погружения рассматриваемой точки под свободную поверхность жидкости.

 

Поскольку атмосферное давление действует на гидротехническое сооружение со всех сторон и взаимно уравновешивается, то для расчетов нужно знать избыточное или манометрическое давление, а поскольку ɤ для воды равно единице, то Р = h, т.е. гидростатическое давление Р равно весу столба жидкости, площадь основания которого равна единице, а высота равна глубине погружения рассматриваемой точки под свободную поверхность жидкости h.

Значение гидростатического давления легко определить построением эпюры гидростатического давления, которая наглядно показывает распределение, направление и величину этого давления.

Сила давления, численно равная СД = ННПУ откладывается (в масштабе) перпендикулярно к линии соприкосновения воды с откосом плотины в точке А.

Эпюра давления на верховой откос плотины (рисунок 7) имеет вид треугольника ABC, где АВ = СД = ННПУ.

Определим площадь эпюры давления:

FАВС = (АВ*АС)/2 = (ННПУ*АС)/2, м2

где ННПУ - глубина воды перед плотиной.

Гидростатическое давление Р на верховой откос плотины будет равно:

Р = *L, тонн

где L - средняя ширина верхового откоса плотины (берем с чертежа).

Определение гидростатическое давление на верховой откос плотины:

Дано:

- ННПУ = 7 м;

- АС = 11,1 м;

- L = 450 м.

Площадь эпюры давления равна:

FАВС = =38,85 м3

 

Гидростатическое давление на откос равно:

Р = FАВС ×L=450×38,85 = 17682, 5тонн

 

1.8 Организация  строительных работ и эксплуатация  плотин

Организация работ

При существующей в настоящее время технике строительство небольших земельных плотин не представляет особых затруднений

Нужно точно соблюдать при строительстве определенные правила. При строительстве работа выполняется в следующем порядке:

1. Производят разбивку  плотины местности

2. Подготавливают основание  под плотину

3. Возводят насыпь

4. Производят планировку  и укрепление откосов

Одновременно должны возводиться водосборный канал или водосбросное сооружение.

Чтобы предотвратить просачивание воды под основанием плотины, устраивается замок. Для этого копают траншею поперек оврага на глубину залегания водоупора (но не более 2-3 м) и заполняют глиной, слоями 10-15 см, хорошо утрамбовывая каждый слой. Затем насыпается тело плотины слоями 25-30 см с последующим укатыванием тяжелыми катками.

Плотина насыпается на 10% выше рассчитанной, имея в виду, что она дает усадку.

После отсыпки тела плотины производят планировку откосов и их укрепление. Мокрый откос крепится каменной отмосткой в плетневую клетку или засаживается кустарниковой ивой. Сухой откос обкладывают дерном или засевают многолетними травами.

Мелиоративные подготовительные работы по водохранилищу

Для проведения санитарных и водоохранных мероприятий по водохранилищу следует предусмотреть следующее:

 

1. В целях уничтожения  материальных очагов и предотвращения  зарастания рекомендуется углубление  водоема в мелководных местах  и верховых с образованием  глубин не менее 0,7 м.

2. Русло балки ниже  плотины очищается с устранением  застоя воды.

3. Ложе водоема должно  быть очищено от случайного  мусора, навоза, кустарника, пней и  т.д.

4. Для образования водоохранной  зоны по берегам водоема производится  посадка древесных пород и  кустарников на расстоянии 5-10 метров от уреза воды.

Эксплуатация земляных плотин

Земляная плотина - сооружение долговечное при правильной эксплуатации и надлежащем уходе, но очень часто земляные плотины разрушаются из-за отклонений, допущенных при постройке или из-за того, что они остаются после возведения без надзора.

Особенно ответственный момент является пропуск весенних полноводных вод. Необходимо вовремя очищать водосливной канал от снега и льда.

Все земляные плотины в какой-то мере пропускают через себя воду. Если из-под сухого откоса просачивается небольшое количество воды и вода фильтруется чистая, то опасности разрушения плотины нет. Но если вода мутная, следует немедленно отыскать место начинающегося промыва и приступить к ремонту, иначе неизбежен прорыв плотины.

Все водоемы с течением времени заиливаются. В целях, борьбы с преждевременным заливанием, необходимы следующие мероприятия:

- запрещение распашки  склонов вокруг водоема на  расстоянии 100 м от уреза воды;

- облесение берегов водоема;

- для уменьшения количества  наносов, поступающих по самому  оврагу, выше водохранилища целесообразно  устраивать поперек оврага небольшие  валики, запруды высотою 0,5-1,0 м и  обсаживать их кустарниковой  ивой.

2 Проектирование орошения сельскохозяйственных культур

На участке, прилегающем к водохранилищу, надо запроектировать две оросительные системы: одну для полива долголетнего пастбища и вторую для полива овощного севооборота.

Сначала надо определить оросительную способность водохранилища. Для этого надо полезный объем пруда (353702м3) разделить на среднюю оросительную норму.

Если водоем используется не только для орошения, но и для водоснабжения, то из полезного объема надо вычесть годовую потребность в воде населенного пункта(321211 м3).

Среднюю оросительную норму для овощных культур и трав с учетом коэффициента полезного действия оросительных систем, для условий Предуралья можно принять равной 1500 м3 /га.

Тогда оросительная способность водохранилища составит:

Wполезн = Wводохр-W пот. в воде н.п.. =353702-321211=32491 м3

Мводохр ===21,66 га

Мводохр ===235,80 га

В связи с малым объемом водохранилища водоснабжение населенного пункта следует предусмотреть из других источников. Весь объем водохранилища расходовать на орошение сельскохозяйственных культур.

Далее определяем количество полей севооборота и состав культур.

Ниже приводится пример чередования культур в обощекормовых севооборотах:

1. Пар занятый

2. Озимая рожь

3. Ячмень

4. Капуста поздняя

5. Свекла

6. Картофель

7. Морковь

8. Капуста ранняя

Овощные культуры играют исключительно важную роль в рационе человека. Овощеводство - очень важная отрасль сельского хозяйства.

Повышенная потребность овощных культур в воде, приводит к тому, сто успешное выращивание овощных культур, получение высоких урожаев возможно только при орошении.

 

2.1 Режим орошения  овощных культур

На орошаемых полях необходимо создавать и поддерживать определенный, нужный для растений при данных климатических и агротехнических условиях водных режим почвы. Это достигается применением необходимого режима орошения.

Для установления оптимальных поливных режимов необходимо знать:

а) общее количество воды, необходимое растениям для создания требуемого урожая - суммарное водопотребление;

б) количество осадков и грунтовых вод, используемых растениями за период вегетации;

в) общее количество воды, которое надо подавать на гектар орошаемой площади дополнительно к естественному увлажнению за период вегетации, т.е. оросительную норму;

г) количество воды, которое надо подавать на каждый гектар за один полив, т.е. поливную норму.

На основе этих данных определяются сроки и число поливов.