Вiдмiтка Рiвня води, м (H)
|
Площа дзеркала, га (F)
|
Середня площа, га
|
Висота шару води, м
|
Об`єм шару води, Тис.м3
|
Зростаючий об`єм, тис.м3 (W)
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
91,0
|
0,00
|
|
|
|
0,00
|
|
|
1,03
|
1,00
|
10,3
|
|
92,0
|
2,06
|
|
|
|
10,3
|
|
|
3,85
|
1,00
|
38,5
|
|
93,0
|
5,63
|
|
|
|
48,8
|
|
|
7,88
|
1,00
|
78,8
|
|
94,0
|
10,13
|
|
|
|
127,6
|
|
|
12,79
|
1,00
|
127,9
|
|
95,0
|
15,44
|
|
|
|
255,5
|
|
|
17,72
|
1,00
|
|
96,0
|
20,00
|
|
|
|
432,7
|
|
|
22,16
|
1,00
|
221,6
|
|
97,0
|
24,81
|
|
|
|
654,3
|
|
|
26,19
|
1,00
|
261,9
|
|
98,0
|
28,06
|
|
|
|
916,2
|
|
|
30,10
|
1,00
|
301,0
|
|
99,0
|
32,13
|
|
|
|
1217,2
|
В графi 6 складають зростаючi об`єми
води в ставку по мiри його наповнення. За даними граф 1 i 2 будують графiчну
залежнiсть змiни площi дзеркала води вiд його наповнення чи вiдмiтки F = f(H),
а за даними граф 1 i 6 - залежнiсть V = f(H), що представлено на рис.4. Цi
графiки i є графiчною iлюстрацiєю топографiчної характеристики ставка.
Визначення рiвня мертвого об`єму (
РМО ) та нормального пiдпiрного рiвня ( НПР )
Мертвий об`єм (Vмо) використовують
для вiдкладання наносiв, що надходять з водозбiрної площi, i як мiсце зимiвлі
ставкової фауни та флори. Йому вiдповiдає рiвень мертвого об`єму ( РМО ), який
визначають на висотi 1,5 - 2,0 м вiд дна. На вiдмiтцi РМО розмiщують порiг
шлюзу або трубу для забору води iз ставка. РМО - це рiвень водойма, нижче вiд
якого воду не використовують.
В даному прикладi приймаємо глибину
мертвого об`єму (hмо) 2,0м. Звiдси РМО складе: 91,0 + 2,0 = 93,0м.
Iз топографiчної характеристики (рис.4) маємо: Vм.о. = 50тис.м3,
Fм.о. = 5,5га. Пiсля цього визначаємо нормальний пiдпiрний рiвень ( НПР ),
якому вiдповiдає повний об`єм води водойма. Повний об`єм в свою чергу
складається iз мертвого об`єму (Vм.о.) i робочого об`єму (Vроб.). Робочий об`єм
являє собою об`єм весняного стоку, який поступає у ставок. Враховуючи те, що
величина весняного стоку може бути досить рiзною (див. рис. 3), можна
стверджувати, що проблема в даному випадку полягає у виборi чи визначеннi
вiрогiдностi цього стоку Р. З iншого боку величину повного об`єму, а значить i
величину робочого об`єму, обмежує ємнiсть самої балки.
Згiдно з будiвельними нормами та
правилами при використаннi води ставкiв для зрошення забезпеченiсть їх по водi
повинна бути не нижчою 75%.
При встановленнi НПР враховують перш
за все можливiсть найбiльш повного використання ємностi балки, а по-друге -
недопустимiсть затоплення та пiдтоплення цiнних сiльськогосподарських земель,
важливих споруд, населених пунктiв, а також утворення великих зон мiлководдя
(глибиною менше 1,0 м).
В данiй роботi НПР визначають таким
чином. За планом ставка знаходимо вiдмiтку бровки балки (ББ). В першому
наближеннi приймаємо вiдмiтку гребня греблi (ГГ), що дорiвнює бровцi балки
(ББ=ГГ). НПР' приймаємо на 1-3 м нижче ББ. Пiсля цього за топографiчною
характеристикою визначаємо повний об`єм ставка (V'пов.), який відповідає
відмітці прийнятого значення НПР'. Визначаємо робочий об`єм ( Vроб.) як рiзницю
мiж V'пов. i Vм.о. Пiсля цього по рис.3 визначаємо забезпеченiсть цього об`єму
. Якщо одержана забезпеченiсть рівна, або бiльше нiж 75%, то цi розрахунки i
залишають. В протилежному випадку проводять перерахунок. Визначають робочий
об`єм забезпеченнiстю 75% (V75роб.) за рис.3. Визначають повний
об`єм: Vпов. = V75роб. + Vм.о. За топографiчною характеристикою
визначають НПР та Fнпр. при даному Vпов.
В прикладi, що розглядається маємо:
ББ = 99м; НПР'=99 - ( 1-3 ) = 99 - 2
= 97м ;з рис.4 при НПР'= 97м V'пов.= 650тис.м3роб.= V'пов. - Vм.о.=
650 - 50 = 600тис.м3з рис.3 маємо, що вiрогiднiсть цього об`єму
складає 60%, що нижче 75%. В зв`язку з цим проводимо перерахунок.з рис.3 V75роб.=
450 тис.м3повн.=V75роб.+Vм.о.=450+50 = 500тис.м3.з
рис.4 маємо, що НПР = 96,3 м; Fнпр.= 21,5га
Все наведене показує, ємність балки
дозволяє акумулювати об’єм води 650тис.м3, однак повне наповнення її
можливе тільки з вірогідністю 60%, що менше за необхідну (75%). Повний об’єм
води, на який можна розраховувати з необхідною вірогідністю в нашому випадку
складає 500тис.м3
Визначення корисного об`єму ставка
Корисний об`єм ставка ( Vк ) являє
собою рiзницю мiж прийнятим до розрахунку робочим об`ємом (Vроб. чи V75роб.)
i втратами води (Vвт.). Вода iз ставка втрачається на фiльтрацiю та
випаровування (Vвт.=Vф+Vв).
Втрати води на випаровування можуть
бути визначенi за залежнiстю:
Vв = hв , м3
(12)
де: hв - норма
випаровування, яка в умовах Сумської областi дорiвнює 0,55м;мо, Fнпр. - площi
дзеркала води при вiдповiдних рiвнях, га.
Для даного приклада маємо:
в = 0,55´´10000 = 74,25тис.м3
Витрати води iз ставка на
фiльтрацiю можуть бути визначенi за подiбною залежнiстю:
ф = hф , м3,
(13)
де: hф - шар
фiльтрацiйних витрат, який залежить вiд водопроникностi грунтiв i може бути
взятий для:
малопроникних - 0,5 м,
середньопроникних - 0,5 - 1,0
м,
проникних - 1,0 - 2,0 м.
При цьому слiд враховувати,
що з часом проникнiсть грунтiв зменшується по причинi природного кальматажу,
крiм того на проникних грунтах ставки без антифiльтрацiйних заходiв практично
не проектуються.
Для даного прикладу маємо:
ф = 0,5´´ 10000 = 67,50тис.м3
.
Таким чином сумарнi витрати
води складуть:
вт. = Vф. + Vв. = 67,50
+74,25 = 141,75тис.м3кор. = Vроб. - Vвт. = 450 - 141,75 =
308,25тис.м3
Корисний об`єм ставка може
бути використаний на зрошення, водопостачання та iншi цiлi.
При використанні одержаного
об’єму води ( Vкор. ) для зрошення, то визначають можливу площу поливу із
ставка:
зрош = Vкор / Мср, га
де: Мср - середня величина
зрошувальної норми сільськогосподарських культур в сівозмінах, яка для умов
Сумської області складає 1,0-1,5 тис.м/га
В нашому випадку одержимо:
Fзрош =308,25/1,5 = 205,5 га
В нашому випадку одержаного
корисного об’єму води буде достатньо для зрошення сільськогосподарських культур
на площі 205,5 га
Якщо одержаний об`єм для
конкретних умов завеликий, або в результаті акумуляції води в об’ємі Vпов
затоплюються якісь площі, що є небажаним чи утворюються великі зони мілководдя,
то в цьому випадку можна збiльшити вiрогiднiсть наповнення ставка (Рф >
75%), зменшуючи при цьому величину робочого об`єму (Vфроб. < V75роб.)
та зону затоплення ( Fнпр. ).
Встановлення рівня
високих вод (РВВ)
Під час повені, які викликаються
інтенсивним танення снігу або зливами вода вставку тимчасово піднімається вище
рівня НПР до відмітки рівня високих вод (РВВ). Перевищення відмітки РВВ над НПР
підвищує висоту, а значить і вартість греблі. Однак, при цьому зменшується
вартість спеціальної водоскидної споруди, яку називають водозливом, за рахунок
зменшення скидних витрат. Це пояснюється регулюючим впливом, оскільки в ньому
між НПР і РВВ (в об’ємі регулюючої призми) тимчасово затримується частина об’му
повені.
Таким чином, для скидання надмiрної
води iз ставка, яка з`являється в бiльш воднi нiж розрахунковi роки, проектують
спеціальну споруду -водозлив. Водозкид - це спецiальна споруда, яка забезпечує
автоматичне скидання води, якщо рiвень у ставку перевищує нормальний НПР. Цi
споруди бувають рiзних конструкцiй i можуть бути: бетоннi, залiзобетоннi,
кам`янi, металевi, дерев`янi.
В будь-якому випадку, для того, щоб
надлишки води iз ставка скидались автоматично, необхiдна короткочасна, тiльки
на перiод повенi, наявнiсть ще одного рiвня води, який називають рiвнем високих
вод (РВВ). На невеликих ставках висоту регулюючої призми визначають
конструктивно і вона знаходиться в межах 0,50-1,0м (не менше 0,50м).
Тобто рівень високих вод може бути
визначений як:
РВВ = НПР + (0,5 - 1,0) м. (14)
У випадку, коли за даними
гідрологічних розрахунків витрати дощової (зливової) повені перевищує витрати
весняної повені, відмітку РВВ рекомендується визначати із умови рівності
зарегульованих витрат від дощу та танення снігу при Р = 1%:
(15)
де: Р - об’єм регулюючої
призми, тобто об’єм води між РВВ і НПР, тис.м3;Д -
витрати дощу (зливи) при Р = 1% , м3/с;Д - витрати від
весняного танення снігу при Р = 1%, м3/с;
ПД - об’єм дощової
повені при Р = 1%, тис.м3;
ПВ - б’єм весняної
повені при Р = 1%, тис.м3;роб - прийнятий в попередніх
розрахунках робочий об’єм ставка, тис.м3.
З цієї залежності можна
визначити необхідний об’єм регулюючої призми:
, тис.м3 (16)
В нашому випадку маємо: РВВ =
96,3 + (0,5 - 1,0) = 96,8 мД = 45,9м3/с, QВ=
41,3 м3/с, Vроб = 450 тис.м3, ПД =
1179 тис.м3, ПВ = 3964тис.м3.
Таким чином, об’єм води в
ставку при РВВ складе:
РВВ = WНПР
+ Р = 500,00 + 170,3 = 670,3 тис.м3
Із топографічної
характеристики (рис. 4) маємо, що такому об’єму води відповідає відмітка 96,8м,
а перевищення між РВВ і НПР складає 0,5м (96,8 - 96,3). Оскільки це перевищення
не є меншим за мінімальне значення (0,5м), одержані дані приймаємо для
подальших розрахунків. Тобто, в нашому випадку маємо: РВВ = 96,8м.
У випадку, коли в результаті
розрахунків одержуємо значення висоти регулюючої призми меншим за 0,5м, то для
подальших розрахунків приймається значення 0,5м, а зворотнім шляхом
визначається об’єм регулюючої призми.
Встановлення
розрахункових витрат води водоскиду
Скидні витрати від дощу (qД)
з врахуванням регулюючого впливу ставка визначають для найбільш несприятливого
випадку, коли на початок дощової повені водоймище уже наповнилося до рівня НПР:
(17)
Скидні витрати від танення
снігу встановлюють для випадку, коли на початок весняної повені ставок
наповнений до РМО:
(18)
В нашому прикладі маємо:
Скидні витрати від дощу:
Скидні витрати від танення
снігу:
На ці витрати і проводять
гідравлічний розрахунок водоскидної споруди
Проектування греблі. Поперечний
розріз греблі
Тип земляної греблі застосовують
залежно від будівельної якості грунтів, способу виконання робіт та інших умов.
В сільському господарстві найбільш поширеними греблями є греблі із однорідних
грунтів із замком, коли водотривкі грунти залягають глибоко, або без нього,
коли ці грунти доходять до поверхні. Якщо гребля будується із сильно
водопроникних грунтів, то для зменшення фільтрації води із ставка через тіло
греблі передбачають спорудження глинистого чи суглинистого ядра греблі.
Земляна гребля у поперечному розрiзi
має форму трапецiї. У тiлi греблi розрiзняють гребiнь (верхня частина греблi) i
схили.
Ширина гребня греблi визначається
класом споруди i категорiєю дороги, яка по нiй буде проходити. Мiнiмальне її
значення складає 6,0 м. Схил, звернений у бiк водосховища, називається мокрим,
а протилежний - сухим. Пологiсть схилiв (m1 та m2)
залежить вiд висоти греблi i грунту з якого вона споруджена ( додаток ,
табл.4).
Висота греблi, а значить вiдмiтка її
гребня (ГГ), має бути така, щоб вода нi за якими обставинами не могла
переливатися через неї, бо це неминуче спричинить розмивання греблi.
Перевищення гребня греблi (ГГ) над рiвнем високих вод (РВВ) визначається
хвильовими явищами в ставку i залежить вiд найбiльшої її довжини по рiвню
високих вод:
ГГ = РВВ + δ,
м (6)
де: δ
- перевищення відмітки гребня греблi над рiвнем високих вод (додаток, табл. 5),
однак не може бути меншою за 0,5м.
Для нашого прикладу при максимальнiй
довжинi ставка по рiвню високих вод - 650м, δ
= 0,90м.
ГГ = 96,8 + 0,9 = 97,7м.
Поперечний розрiз греблi будують в
самому глибокому мiсцi, тобто по тальвегу балки в масштабi 1 : 200 ( рис.5).
врахуванням ширини гребня, проекцiї
схилiв, вiдмiтки ГГ ( рис.2 ), що більш детально наведене на рис.6.
Перед насипанням тiла греблi
очищають цю площу вiд чагарникiв, дерев, пнiв, камiння, знiмають рослинний шар.
На планi показують всi рiвнi води (
РМО, НПР, РВВ ) i греблю з врахуванням ширини гребеня, проекції схилів,
відмітки ГГ ,що більш детально наведено на рис.6.
продольний
розріз греблі, ставка та визначення об’єму тіла греблі
Профіль по довжині греблі (рис. 6а)
відтворює висотне розміщення основних її елементів. Він будується в масштабах:
вертикальний - 1:100, горизонтальний -1:500 - 1:2000. Для побудови профілю
місцевості в створі греблі користуються планом ставка (рис. 2). Після цього на
профілі показують рівні ГГ з контуром досипки на осадку (5-10% від висоти
греблі), рівні води (РМО, НПР, РВВ) та відстані між вертикалями, які проходять
через точки перетину горизонталей з профілем місцевості по осі греблі. По
кожній вертикалі вказують висоту греблі (рис. 6а).
План греблі (рис. 6б) відображають
точно під профілем по осі греблі. При цьому під всіма вертикалями вказують не
висоту греблі, а проекцію схилів в метрах. Цей план використовують для розбивки
греблі на місцевості.
Профіль ставка по основному тальвегу
(рис. 7) з поперечним розрізом греблі відображають для того, щоб переконатися,
що ставок при необхідності може бути в повній мірі звільнений від води.
Креслять його за даними плану ставка в масштабах: горизонтальний - рівний
масштабу плану (1:5000), вертикальний - 1:100. При цьому горизонтальні розміри
дамби наводяться схематично.
При визначенні об’єму тіла греблі
використовують профіль по осі та план греблі (рис.6а і 6б). Розрахунки
проводять в табличній формі (табл. 4), а одержаний об’єм грунту збільшують на
10-13% на осадку греблі та невраховані роботи.
Таблиця 4. Визначення об’єму греблі
Гідротехнічні споруди в ставку
Як вказувалося вище, для пропуску
вод весняної повені та зливових (дощових) вод з верхнього б’єфу ставка в нижній
будують водоскидну споруду. Згідно нормативних даних для гребель IV класу
капітальності водоскиди розраховують на пропуск повені 1%-ої вірогідності
перевищення. Згідно проведених в розділі 2.5 скидні витрати водоскиду складають
39,5м3/с.
Водоскиди мають дуже різну
конструкцію і є типовими. При будівництві земляних гребель найбільш поширеними
є трубчаті водоскиди, які при витратах води більше 15м3/с являють
собою дві нитки залізобетонних труб діаметром 120-150 см і укладені зі схилом в
непорушену основу плеча греблі. Оскільки цей водоскид є автоматичним, то
відмітку вхідного оголовка розміщують на рівні НПР. Вихідний оголовок частіш за
все виконують на свайній основі з водогасником.
Для повного опорожнення ставка
облаштовують такі споруди як водоспуски. Водоспуски - це, частiш всього,
прорiзи у тiлi греблi, перекритi щитами. Щити призначенi для спуску води до
будь-якого рiвня. На невеликих ставках ( водосховищах ) водоспускнi споруди
роблять у виглядi трубчатих водоспускiв. Він являє собою металевий трубопровід
діаметром 200-250мм, який вкладається в непорушену основу греблі. Вхідний
оголовок облаштовується захисною решіткою, а вихідний - з задвижкою в колодязі
та консольним водоскидом. При проектному використанні води із ставка на
зрошення чи водоспоживання будується спеціальна водозабірна споруда, яка
називається водовипуском. Конструкція водовипуску може бути різною, вона
принципово нічим не відрізняється від водоспуску, а тільки висотним положенням,
оскільки оголовок її не повинен бути не нижче РМО, і є типовою. Всі
гідротехнічні споруди в ставку облаштовуються до будівництва греблі і по
можливості в материкових породах.
Облаштування ставка
Разом з будівництвом водоймища
необхідно застосовувати наступні організаційно-господарські та лісотехнічні
заходи:
1. На
берегах ставка облаштовують підходи і під’їзди, площадки для напування худоби
та ін.
2. При
необхідності на водозбірній площі проводять протиерозійні агротехнічні заходи,
які включають в себе обробіток грунту з максимальним збереженням стерні,
обробіток грунту поперек схилу, впровадження смугового землеробства, щілювання
і кротування, мінімальний обробіток грунту і т.п..
3. Залуження
схилів з крутизною 7-90, які прилягають до яружно-балкової мережі.
4. У
верхів’ях водосховища і в місцях зосередженого надходження талих та дощових вод
при необхідності роблять ряди поперечних загат, які знижують швидкість
стікаючої води і сприяють осадженню наносів.
5. При
наявності на площі водозбору діючих ярів застосовують спеціальні гідротехнічні
заходи та будують споруди: вали-тераси, вали та нагірні канали, головні яружні
споруди (перепади, швидкотоки, консольні скиди), руслові і донні споруди і т.п.
6. Для
запобіганню інтенсивному замулюванню і забрудненню ставків навколо них висаджують
захисні лісонасадження.
Лісні насадження розміщують вздовж
урізу води по рівню високих вод (РВВ), але не ближче ніж за 20м від рівня НПР.
Ширина насаджень повинна бути 20-30м, а основними породами в лісостеповій зоні
є дуб.
Таблиця. Основні показники проекту
ставка
Конструкція водоскиду - Дві нитки
залізобетонних труб діаметром 120-150см
Конструкція водоспуску - Металевий
трубопровід діаметром 200-250мм
Література
.Колпаков
В.В., Сухарев И.П. Сельскохозяйственные мелиорации. - М.: Колос, 1981. - 328с.
.Сельскохозяйственные
мелиорации / под ред А.И.Безменова. - М.: Колос, 1974. - 578с.
.Волковский
П.А., Розова А.А. Практикум по сельскохозяйственным мелиорациям. М.: Колос,
239с.
.Ерхов
Н.С., Мисенев В.С. Практикум по сельскохозяйственной мелиорации и
водоснабжению. - М.: Колос, 1977. - 143с.