 |
Обоснование характерных уровней водоема
|
|
|
|
Брянская государственная инженерно-технологическая академия
Кафедра лесоводства, лесных культур и почвоведения
Утверждены научно-
методическим советом
БГИТА
Протокол №
От «» 2011г.
Гидротехнические
мелиорации
Методические указания к выполнению практических занятий
для студентов очного и заочного обучения по направлению
656200 – «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство»
Часть III. Орошение и водоснабжение
Брянск 2011
УДК 630 651.78 (075)
Шошин, В.И., Прутской, А.В. Гидротехнические мелиорации (Часть III. Орошение и водоснабжение): методические указания к выполнению практических занятий / В.И. Шошин, А.В. Прутской. – Брянск: БГИТА, 2011. – 30 с.
Методические указания составлены с учетом учебной программы дисциплины ГТМ и помогают студентам ЛХФ получить практические навыки при выполнении необходимых расчетов.
Рецензент: проф. Ткаченко А.Н.
Рекомендованы учебно-методической комиссией лесохозяйственного факультета
Протокол № _____ от _____________________ 2011г.
В части III «Орошение и водоснабжение» цикл занятий представлен пятью темами. По завершению изучения каждой темы студент должен решить задачи (общую для всех студентов или по вариантам, на усмотрение преподавателя), сдать основные термины и понятия по тестирующей компьютерной программе и получить интегрированную рейтинговую оценку.
Обоснование характерных уровней водоема
(УМО, НПУ, ФПУ)
Цель занятий — научиться рассчитывать основные уровни воды в водоемах с учетом санитарно-гигиенических и хозяйственных требований к качеству и количеству воды.
Материальное обеспечение занятий — карты мутности рек, карты испаряемости, морфометрические характеристики ложа водоемов, миллиметровка, микрокалькуляторы.
|
|
|
Регулирование стока предполагает преимущественно создание искусственных водоемов. В любом водоеме на стадии проектирования приходится выделять следующие основные уровни: УМО, НПУ, ФПУ, которые отсекают призмы воды, имеющие свои названия (рис. 1).
Рисунок 1 - Характерные уровни и объемы водоема
1 – плотина; 2 - ложе водоема; 3 - объем форсировки;
4 - рабочий объем; 5 - мертвый объем.
Уровень мертвого объема (УМО) — минимальный уровень стояния воды в водоеме, назначается с учетом санитарно-гигиенических требований к качеству воды, условий заиления, условий обеспечения командования над орошаемой площадью, требования рыбного хозяйства. Средняя глубина воды в приусадебном водоеме должна быть не менее 3.0 м, в полевом — 1.7 м. По условиям заиления мертвый объем рассчитывается на срок службы не менее 30 лет. В этом случае мертвый объем зависит от твердого стока.
Объем наносов (WВЗВ) в водоем определяют по формуле:
WВЗВ = 
, (1.1)
где r— средняя годовая мутность воды, г/м3;
— средний объем стока воды, м3;
Т — период времени;
K— переходный коэффициент для определения мутности воды малых водотоков, принимают в зависимости от площади водосбора А;
r— доля наносов, влекомых по дну водотока, принимается от 0,03 до 0,05;
gн— плотность наносов, равна 0,8 — 1,0 т/м3
Средняя годовая мутность воды определяется по карте мутности рек. Учитывая стабилизирующий фактор древесной растительности в развитии рельефа, значения мутности принимаются с учетом лесистости расчетного водосбора и лесистости района.
Средний объем стока воды устанавливается гидрологическим расчетом.
Переходные коэффициенты для определения мутности воды малых водотоков:
А, км2 2 2...5 5...10 10...50 50...100 100...200
|
|
|
К 30 30...15 15...10 10...7 7...5 5...1
В определении мертвого объема ведущее значение имеет также целевое назначение водоема. Если водоем создается для обеспечения водой самотечной оросительной системы, то мертвый объем назначается с таким расчетом, чтобы УМО обеспечивал командование над оросительной системой.
Нормальный подпорный уровень (НПУ) — максимальный уровень стояния воды в водоеме в условиях его нормальной эксплуатации. При выборе отметки НПУ учитывают топографические особенности местности и расположение хозяйственных построек и других сооружений. При нелимитированном топографией положении НПУ его отметку назначают с таким расчетом, чтобы создаваемый рабочий объем (Vр) обеспечивал необходимый запас воды. В водоемах комплексного назначения рабочий объем рассчитывается по следующим формулам:
Vр = Vполезн. + V потерь, (1.2)
где Vполезн. = Vорош. + Vводоснаб. (1.3)
Vпотерь = Vисп. + Vф (1.4)
Расходы воды на орошение и водоснабжение рассчитываются с учетом орошаемой нормы, площади орошаемого участка, количества водопользователей.
Объем воды, идущий на испарение (Vисп.) рассчитывается по площади зеркала водоема и слою испарившейся воды. Для расчета испарившейся воды необходимо знать режим уровней воды в водоеме. Для крупных водоемов режим уровней устанавливается на основании водохозяйственных (балансовых) расчетов.
Расчет испарившейся воды с малых водоемов можно вести упрощенным методом по формуле:
Vисп. = 0.02fhи , (1.5)
где f —средняя площадь поверхности воды в водоеме, га;
hи — слой испарившейся воды, см.
Слой испарившейся воды обычно устанавливают по карте изолиний среднегодового испарения с водной поверхности малых водоемов. Допускается определение hи за отдельный месяц по формуле Н.И.Иванова:
hи = 0.0018(25+t)2(100 — a), (1.6)
где t — среднемесячные температуры, оС;
а — относительная влажность воздуха, %.
Потери воды, связанные с ее фильтрацией через тело плотины и в ложе водоема, рассчитываются приближенно с учетом гидрологических особенностей ложа водоема. Принято все многообразие гидрогеологических условий делить на 3 категории: хорошие, средние и плохие гидрогеологические условия. К хорошим гидрогеологическим условиям относят условия, когда ложе водоема сложено преимущественно глинами, тяжелыми суглинками. К средним гидрогеологическим условиям относят такие условия, когда ложе водоема сложено суглинками, супесями, а к плохим гидрогеологическим условиям — когда ложе водоема сложено песками, гравилистыми грунтами. Ежемесячные потери воды для плохих гидрогеологических условий принимаются в размере 1.5 — 3.0% имеющегося объема, а для других категорий — соответственно 1.0 — 1.5 и 0.5 — 1.0%.
|
|
|
Если общие потери воды превышают 30% объема среднегодового стока, то выбор места под создание водоема считается неудачным. При соответствующем обосновании в этом случае предусматриваются мероприятия по снижению потерь (устройство экранов и т.п.).
Форсированный подпорный уровень (ФПУ) — максимальный уровень стояния воды в экстремальных условиях эксплуатации водоема (паводки, половодье).
ФПУ принято устанавливать на основании технико-экономических расчетов, основанных на сопоставлении затрат, связанных со строительством плотины, водосбросных сооружений и изымаемых из оборота земель (перенос отдельных инженерных сооружений). Наиболее часто высота форсировки hср (разность отметок между ФПУ и НПУ) находится в пределах 0.4 — 1.25 м.
Выполнение расчетов по отметкам и объемам водоема предполагает наличие батиграфических кривых водоема. Последние строятся на основании данных табл. 1.
Таблица 1 - Расчет объемов и площади водохранилища при разных уровнях воды (пример)
| Отметки горизонталей, м | Высота (глубина) стояния воды за плотиной, м | Площадь поверхности воды в водохранилище, т.м2 | Объем слоя воды, т.м3 | Объем водохранилища, т.м3 | Примечание |
| 2,5 | Дно водоема | ||||
| 2,5 | |||||
| 8,5 | |||||
| 17,5 | Мертвый объем | ||||
| 170 и т.д. | 33,5 |
|
|
|
