6. 3. Определение объема пруда
Полный объем пруда состоит из рабочего и мертвого объемов. Рабочий объем пруда, в свою очередь, складывается из полезного объема и объема воды, теряемой на испарение и фильтрацию.
Рис. 6.1. Гидроузел с грунтовой плотиной
1 – плотина; 2 – донный водоспуск; 3 – ковшовый водосброс
Наивысший уровень воды, до которого может регулярно наполняться пруд и который можно поддерживать длительное время в нормальных условиях эксплуатации пруда, называют нормальным подпорным (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 подпорным (ФПУ). Объем воды, заключенный в пруду между ФПУ и НПУ, представляет сливную призму. Высота этой призмы для пруда обычно составляет 0,8...1,5 м.
В целях предупреждения заиления полезного объема и для перезимовки рыбы в пруду оставляют мертвый объем воды, который не используют для хозяйственных нужд. Его уровень называют уровнем мертвого объема (УМО).
Общая глубина мертвого объема должна быть не менее 2 м. Объем чаши водоема определяют по плану балки (рис. 6.2). Планиметром измеряют площадь, ограниченную горизонталями. Нижняя отметка чаши пруда имеет самый малый объем, который определяется по формуле
W= h · F1/3, (6.1)
где F1 – площадь, ограниченная нижней горизонталью;
h – расстояние между горизонталями по вертикали, м.
Для вышерасположенных слоев водоема объем (Wn) определяется как
Wп = (Fn-1 + Fn) h / 2 . (6.2)
Рис. 6.2. План пруда и плотины
Объем чаши от нижней горизонтали до n-й вычисляют последовательным суммированием объемов чаши водоема по отдельным слоям. Результаты вычислений сводят в табл. 6.1 и по ее данным вычерчивают топографические кривые пруда (водоема), характеризующие изменение площади водной поверхности и объема чаши пруда при его наполнении (рис. 6.3).
Т а б л и ц а 6.1. Данные для построения топографических кривых водоема
№ пп |
Горизонтали, м |
Площадь, га |
Объем, тыс.м3 |
Объем чаши до данной горизонтали, тыс. м3 |
1 |
26,5 |
0 |
0 |
0 |
2 |
27,0 |
0,04 |
0,1 |
0,1 |
3 |
28,0 |
3,84 |
19,4 |
19,5 и т.д. |
С помощью топографических кривых водоема по глубине стояния воды можно определить объем воды, находящийся в нем, и площадь водной поверхности при любом заданном уровне.
6. 4. Выбор типа и конструкции гидроузла водоема
При проектировании водоема для сельскохозяйственных нужд чаще устраивают земляные плотины трапецеидального поперечного сечения. Они устойчивы в любых геологических и климатических условиях, просты по конструкции и технологии строительства. Их устраивают, как правило, насыпными или намывными.
Рис. 6.3. Топографическая характеристика водоема
Для снижения фильтрации через земляные плотины применяют различные противофильтрационные устройства (экран, ядро, диафрагмы и др.). Земляные плотины могут быть однородные и неоднородные.
Наиболее подходящие грунты для строительства плотин - супеси и суглинки с соотношением глины к песку 1:1...1:2. Нельзя использовать для отсыпки тела плотины глину, торф, пески, так как глина при высыхании образует глубокие крупные трещины, а торф и песок обладают высокой водопроницаемостью.
Размеры поперечного профиля плотины (рис. 6.4) зависят от ее типа, высоты, характера грунтов ее тела и основания, условий строительства и эксплуатации.
Гребень плотины - это самая высокая ее часть. Ширина гребня (в) устраивается не менее 3 м. Если по гребню предусматривается автомобильная дорога, ширина принимается 6...12 м и более.
Заложение откосов в зависимости от вида грунта тела плотины и ее высоты принимается для верхового 1:2,5...1:8, для низового откоса должна быть меньше низового.
При строительстве плотины предусматривается комплекс мероприятий по борьбе с фильтрацией под телом плотины и в обход плотины. Наиболее простым противофильтрационным мероприятием является устройство замка. Замок врезают в водоупорный слой на глубину 0,5...1 м. Для его устройства копают траншею по всей длине трассы плотины, которую заполняют слабофильтрующим материалом (мятой глиной).
Если тело плотины состоит из водопроницаемого грунта, то предусматривают устройство непроницаемого глиняного ядра или экрана. При наличии между замком и водоупором водоносного горизонта замок дополняют шпунтовой стенкой.
Рис. 6.4. Поперечный разрез плотины:
1 – низовой откос; 2 – гребень; верховой откос; 4 – водоупор;
5 – водопроницаемый грунт; 6 – дно замковой канавы; 7 – ядро
В крупных земляных плотинах (Н>10 м) с целью отвода фильтрационных вод в основании сухого откоса устраивается дренаж. Ширина дренажной отсыпки поверху не менее метра, а ее высота должна составлять не менее 1/5...1/4 высоты плотины Н. Дренаж может быть трубчатым, диаметр труб – не менее 10 см.
Фильтрацию через тело плотины можно также значительно уменьшить устройством экрана из мятой глины или полиэтиленовой пленки. Экран укладывают вдоль мокрого откоса на глубине 0,7...0,8 м и покрывают слоем крупнозернистого песка толщиной 0,7...0,8 м. Гребень его должен быть на 0,6...0,8 м выше отметки ФПУ и на 1...1,2 м ниже гребня плотины.
Откосы земляных плотин в целях предохранения их от разрушения укрепляются различными видами креплений. Мокрый (верховой) откос укрепляется каменной наброской, бетонными монолитными и железобетонными плитами, асфальтобетонными покрытиями. Биологическое крепление (посадка древесно-кустарниковых пород) наиболее дешевое и надежное. При устройстве пологих откосов (m > 5) специальные виды креплений не предусматриваются.
Низовые откосы предохраняются от разрушения посевом многолетних трав или обкладкой дерном.
.