Проектрирование плотинного пруда

V_расч= V_полезн + V_мо м³

V_расч=66000+39600=105600м³

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.

S_гмо= 35200м²

S_расч = 127600м²

Объемы потерь

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.

V_потерь=V_исп+V_ф+V_з+V_льд

Потери воды на испарение (V_исп) 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

Vисп=Писп·	Sгмо+ Sрасч
	2

П_исп–слой воды на испарение определяется по карте изолиний испарения (Б.Д.Зайкова) или принимается для лесостепной зоны –0,6м.

S_гмо–площадь зеркала воды на горизонте мёртвого объёма, м²;

S_расч– площадь зеркала воды на горизонте расчётного объёма, м².

Vисп=0,6·	35200+127600	=48840м3
	2

 

 

Потери на фильтрацию (V_ф) рассчитывают по формуле (6), подставляя вместо слоя воды на испарение (П_исп) величину слоя воды на фильтрацию (П_ф). 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).

Vф=Пф·	Sгмо+ Sрасч
	2

П_ф=0,5м

Vф=0,5·	35200+127600	=40700м3
	2

 

 

Таблица 2

Потери воды на фильтрацию из прудов

Гидрологические условия  балки	Величина фильтрации в год
	Слой воды, м	От объема пруда, %
Слабоводопроницаемые  грунты (средние условия)	0,5-1,0	10-20

 

Потери воды за счет заиления (V_з) 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:

Vз=Пз·	Sгмо+ Sрасч
	2

П_з=0,2м

Vз=0,2·	35200+127600	=16280м3
	2

 

 

Потери на льдообразование (V_льд) 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.

Vльд=Пльд·	Sгмо+ Sрасч
	2

П_льд=0,5м

Vльд=0,5·	35200+127600	=40700м3
	2

 

V_потерь= 48840+40700+16280+40700=146520м³

Общий полезный объем  пруда складывается из мертвого и  полезного объемов и объема потерь.

V_нпг = V_мо+ V_полезн + V_потерь=39600+66000+146520= 252120м³

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.

S_нпг= 149600 м²

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 м³ возьмём на форсировку 1,55м.

По батиграфическим  кривым определяют площадь и объем  пруда на ГВВ.

S_гвв = 560000м²  V_гвв= 268400м³

ГЛАВА II

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ПЛОТИНЫ

2.1.Вы бор и обоснование  типа плотины

Для насыпи плотины в  качестве строительного грунта будет  использоваться средний суглинок с  ближайшего карьера, поэтому целесообразно  выбрать однородную плотину с дренажем и защитным покрытием откосов, так как плотина возводится на водопроницаемом грунте глубиной 0,9 м, следовательно, необходимо предусмотреть противофильтрационное устройство под плотиной. Поскольку водоупор расположен на глубине до 2 м для предотвращения фильтрации проектируем замок.

2.2. Выбор и расчет  параметров плотины

Для того чтобы правильно запроектировать плотину необходимо рассчитать ее основные параметры. К ним относятся высота плотины, ширина гребня, коэффициенты откосов, ширина основания плотины.

Высота плотины

Высота плотины рассчитывается с учетом глубины пруда в самом  глубоком месте у плотины (Hгвв), добавляется запас на осадку и запас на волнобой.

Н_пл = h_ГВВ + h_волн + h_oc 

где Н_пл – высота плотины, м;

h_ГВВ–   губина пруда у плотины на ГВВ, м;

h_волн– запас на волнобой, м;

h_ос– запас на осадку плотины (5-10 % от h_ГВВ)-

Глубина пруда определяется по топографической характеристике пруда (см. рис. 2) от дна пруда у плотины до горизонта высоких вод (ГВВ).

Гребень плотины должен быть выше ГВВ настолько, чтобы волны, поднятые ветром, не набегали на него. Запас на волнобой рассчитывается по формуле Е.А.Замарина или по таблице (табл. 4).

h_волн = 0,7+0,1·Z= 0,7+0,1 · 0,915=0,80м       (13)

где Z- длина по оси  пруда, км.

Длина по оси пруда  определяется на плане балки с  горизонталями от оси плотины  до горизонтали уровня ГВВ.

Нпл = 6,0+ 0,80 + 0,05·6,0 = 7,1м

Ширина гребня

Ширина плотины  по гребню принимается в зависимости  от высоты плотины и от того, проезжая ли будет плотина. Плотина не проезжая высотой 7,1м следовательно выбираем ширину гребня плотины из таблицы 5, для нашей плотины эта величина равна 4м.

 

 

 

 

 

Таблица 3

Ширина гребня плотины

Высота плотины, м	Ширина гребня, м
до 6	3-4
6-10	4-5
10 и более	5-7

Гребень плотины делается выпуклым с уклоном 0,03-0,05 в обе  стороны для стока дождевой и  талой воды. Дорожное полотно покрывается асфальтом, мостовой, гравием; вдоль по краям ставят ограждения.

Коэффициенты откосов

Крутизна откосов плотины  характеризуется коэффициентом  откоса. Коэффициент откоса - это  отношение заложения откоса к  высоте плотины или ctgα.

m=	l
	Hпл

Н_пл=7,1м

Коэффициенты откосов выбираем по таблице 4.Строительный грунт плотины средний суглинок, а высота 7,1м,  поэтому откосы равны: верховой 2,75  низовой 2,0   

Таблица 4

Коэффициенты заложения  откосов низконапорных земляных плотин

Грунты	Коэффициенты откосов при высоте плотины
	до 5 м	5-10 м	10-12 м
Суглинистые верховой низовой	2,5 1,75	2,75 2,0	3,0 2,25
Супесчаные верховой низовой	3,0 2,0	3,25 2,25	3,5 2,5
Песчаные верховой низовой	3,5 2,5	3,75 2,75	4,0 3,0

А = а + Н_пл(m_в+m_н)  
где А - ширина основания плотины, м; 
а - ширина гребня плотины, м;

m_в - коэффициент верхового (мокрого) откоса;

m_н — коэффициент низового (сухого) откоса;

Н_пл - высота плотины, м.

А=4+7,1(2,75+2,0)=37,7м

Расчет замка

В=b+2mТ

B– Ширина по верху у траншеи;

b– Ширина по дну у траншеи принимается 1 м;

m– Коэффициенты откосов 0,5;

Т– глубина траншеи 1,4м.

В=1+2·0,5·1,4=2,4м

2.3. Поперечный профиль  плотины

l=m·H_пл

для верхового откоса l=2,75·7,1=19,53м

для низового откоса l=2,0·7,1=14,2м

 

2.4. Продольный профиль пруда

 

2.5. Продольный профиль  плотины

 

ГЛАВА III

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ВОДОСБРОСНОГО СООРУЖЕНИЯ

3.1.Расчет максимального  расхода водосброса

Наибольшие расходы  воды получаются от снеготаяния или дождей (ливней). Часто ливневый расход превышает расход снеготаяния. В связи с этим водосбросные сооружения рассчитывают на ливневый расход.

Сбросное сооружение (водоспуск) лесохозяйственных прудов, как правило, рассчитывают на расход 10%-ной обеспеченности.

Приближённо максимальный ливневый расход можно определить по формуле Д.Л.Соколовского

Q_10%=B_10%√F

где B_10%– районный параметр, зависящий от географического положения водосбора и обеспеченности; принимается при обеспеченности 10% равным 6 для лесостепной зоны;

F–площадь водосбора, км²; F=2,30км²

Q_10%=6√2,30=9,10м³/с

С учетом регулирующего влияния пруда расчетный расход водосбросного сооружения (Q_расч) может быть меньше Q_10%.

Qрасч = Q10%(1-	Vф	)м3/с
	Vпав

 

где V_ф * объём форсировки пруда между горизонталями ГВВ и НПГ,м³;

V_пав –объём воды поступающей в пруд во время паводка, м³.

Объём форсировки

V_ф =V_гвв -V_нпг =560000-252120=307880м³

Объём паводковых вод 

V_пав=1700 B_10% F=1700·6·2300000=23460000000м³

Qрасч = 9,1·(1-	307880	)=9,1м3/с
	23460000000

 

 

Регулирующим влиянием пруда можно  пренебречь.